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METODOLOGA DE DISEO DECIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
INGENIERAGEOTCNICA
Prof.: Ing. Wilfredo Gutirrez Lazares
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel fretico en la capacidad de carga
Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de lacapacidad de carga
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite
Diseo por factor de seguridad global. Criterio deestabilidad
Diseo de tensiones admisibles
CONTENIDO
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel freInfluencia del nivel fretico en la capacidad detico en la capacidad decargacarga
Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de lacapacidad de carga
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite
Diseo por factor de seguridad global. Criterio deestabilidad
Diseo de tensiones admisible
CONTENIDO
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel freInfluencia del nivel fretico en la capacidad de cargatico en la capacidad de carga
CASO I
El nivel fretico debajo del nivel de cimentacin a unaprofundidad menor que 1.5b.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel freInfluencia del nivel fretico en la capacidad de cargatico en la capacidad de carga
CASO II
El nivel fretico por encima del nivel de cimentacin.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel fretico en la capacidad de
carga.
AnAnlisis de cimentaciones en baseslisis de cimentaciones en basesestratigrestratigrficasficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de lacapacidad de carga.
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite
Diseo por factor de seguridad global. Criterio deestabilidad
Diseo de tensiones admisibles
CONTENIDO
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficas
Se analiza hasta 1.5 b
I - Aparece un solo suelo
II- Existan dos estratos de suelos diferentes
III- El suelo est muy estratificado
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficas
Se analiza hasta 1.5 b
CASO I : Aparece un solo sueloPara el primer caso, la capacidad de carga
del suelo se determina mediante la
expresin de capacidad de carga utilizando
las caractersticas fsico-mecnicas declculo del suelo que aparece.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficasSe analiza hasta 1.5 b
CASO II : Existan dos estratos de suelodiferentesEl segundo estrato situado a una
profundidad z, sea ms dbil que el que
soporta directamente la cimentacin.
Luego: la capacidad de carga de la base dela cimentacin se obtendr a partir de las
caractersticas fsico-mecnicas de ese
segundo estrato.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficasSe analiza hasta 1.5 b
Nz* Qbtz*
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones enlisis de cimentaciones enbases estratigrbases estratigrficasficas
Se analiza hasta 1.5 b
Nz* = N* + QCIM. + QRELL+ 2I*.HI
. (b+HI) (I + HI)
Siendo:
Nz* : Componente vertical de la resultante de todas las solicitaciones de clculo a laprofundidad z analizada.
2I* : Peso especfico del primer estrato por debajo del nivel de cimentacin. Si estpor debajo del nivel fretico se toma saturado
HI : Espesor del primer estrato.(b+HI) (I + HI) : Dimensiones de la cimentacin ficticia a profundidad de cimentacin(d+ H I) = z.
Qbtz* : Carga bruta de trabajo resistente a la estabilidad de la base a la profundidadz, determinada por las caractersticas fsico mecnicas de clculo del segundoestrato.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficasSe analiza hasta 1.5 b
De no cumplirse la condicin de diseo deben de aumentarse
las dimensiones del cimiento hasta cumplirla.
Si de los dos estratos el ms dbil es el primero, se
tomarn las caractersticas fsico-mecnicas de ste, en
caso que su espesor sea muy pequeo, puede tomarse la
solucin de excavar hasta llegar al segundo estrato y
disear para este ltimo.
Si las caractersticas fsico-mecnicas de ambos estratos
son similares y evidencian que sus capacidades de carga
tambin lo son, se tomarn las caractersticas fsico-mecnicas del primero para realizar el diseo.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
AnAnlisis de cimentaciones en bases estratigrlisis de cimentaciones en bases estratigrficasficasSe analiza hasta 1.5 b
CASO III : El suelo est muy estratificado
Para los casos de bases de cimentaciones muy
estratificadas, en las que a una profundidad de
1.5b existan ms de dos estratos de suelos
diferentes, hay que utilizar el Mtodo GrficoAnaltico para el clculo de la capacidad de
carga de la base de la cimentacin.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel fretico en la capacidad de carga
Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
MMtodo Grtodo Grfico analfico analtico para el ctico para el clculo de lalculo de lacapacidad de cargacapacidad de carga
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite
Diseo por factor de seguridad global. Criterio deestabilidad
Diseo de tensiones admisibles
CONTENIDO
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
MMtodo Grtodo Grfico analfico analtico para el ctico para el clculo de la capacidadlculo de la capacidadde cargade carga
Base de las cimentaciones muy heterogneas con presencia
de ms de dos tipos de suelo en la zona de trabajo de dichabase (1.5b)
Cuando la sobrecarga a nivel de cimentacin a ambos ladosde ella, es mayor del 50% de la capacidad resistente dedicha base
Cimentacin en taludes, cerca o debajo de ellos
Posibilidad de un estrato no estable de los suelos de lasbases (Excepto en los casos para los cuales se desarrollan
por mtodos analticos de calculo)
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
MMtodo Grtodo Grfico analfico analtico para el ctico para el clculo de la capacidadlculo de la capacidadde cargade carga
F.S. =
..
..
desestMtos
estabMtos1,2
Donde:
F.S.: Es el coeficiente de seguridad de una superficie de falla circular propuesta,
en la cual todos los anlisis estn hechos para un metro de largo de lacimentacin.
Mtos. estab., Mtos. desest.: Sumatoria de los momentos estabilizadores ydesestabilizadores con respecto al centro de giro.
Para el clculo del coeficiente de seguridad se puede
utilizar cualquier mtodo que trabaje con una superficie de
falla circular (Fellenius, Bishop simplificado, etc.)
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
MMtodo Grtodo Grfico analfico analtico para el ctico para el clculo de la capacidadlculo de la capacidadde cargade carga
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel fretico en la capacidad de carga Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de la
capacidad de carga DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
Diseo por factor de seguridad global. Criterio de
estabilidad Diseo de tensiones admisibles
CONTENIDO
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
Capacidad de carga: Debe de cumplirse que la presinactuante sobre el terreno debido a las cargas impuestas
por la estructura sea menor que la capacidad de carga delsuelo donde se desplant la misma.
Vuelco: Se debe chequear que la combinacin sea seguraal posible vuelvo garantizando que: Momentosestabilizantes 1.5 Momentos desestabilizantes.
Deslizamiento: El tercero deber ser capaz de equilibrar lacomponente horizontal de la resultante de los esfuerzos
transmitidos al terreno oblicuamente sobre la superficie de
contacto del cimiento y el terreno.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
- Combinacin de carga para el diseo por estabilidadLas combinaciones de carga fundamentales consideradasen el diseo geotcnico de cimentaciones superficiales son:
1) 1,5D + 1,8L
2)
1,25(D+L+E)3) 0,9D + 1,25E
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite- Determinacin de las caractersticas fsico-mecnicas
de clculo de los diferentes estratos.
La capacidad resistente de la base de una cimentacin esten funcin de las caractersticas fsico-mecnicas de clculo
del suelo que se determinan para una probabilidad de
diseo de: = 95% Para obras donde el fallo se clasifiquen como: muy
grave, grave o leve
= 99% Para obras de categora especial. :
C*=
gc
C *=tg-1
gtg
tg
g
=
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteTIPOS DE SUELOS
Suelos C y C- (25)
Coeficientes devariacin de lascaractersticasmecnicas del
suelo
Valores degtgmximosa utilizar
Coeficientes devariacin de lascaractersticas
mecnicas del suelo
Valores degtgmximosa utilizar
Vtg0.2 gtg= 1.20 Vtg0.07 gtg= 1.10
Vc0.26 gc= 1.4030
Vtg> 0.07 gtg= 1.15
Vtg> 0.2 gtg= 1.25
Vc> 0.26 gc= 1.45> 30 Vtg0.08 gtg= 1.10
Tabla 2.1-Valores mximos de los coeficientes de minoracin de las caractersticasmecnicas del suelo
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
TIPOS DE SUELOS
Coeficiente de
minoracin
(g)Suelos cohesivos
(C>0, 25)
Suelos C-
(> 25)
Suelos
(30)
Suelos
(> 30)
gy 1.05 10.5 1.03 1.03
gc 1.45 1.40 - -
gtg 1.25 1.20 1.15 1.10
Tabla 2.2- Valores de gy, gcy gtg para una probabilidad del 95%.
Si los valores normativos de las caractersticas fsico-mecnicas del suelo son
obtenidas de tablas, o no es posible realizar el anlisis estadstico, entonces se
tomarn para una probabilidad de diseo de = 95%, los valores gy, gcy gtg
que aparecen en la Tabla 2.2.
DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite- Chequeo de la seguridad de vuelco.
Donde:
Momentos estabilizantes: sumatoria de los momentos de todas lasfuerzas, con sus valores normativos, que se oponen al vuelco de lacimentacin con respecto a la esquina del cimiento.
Momentos desestabilizantes: sumatoria de todas las fuerzas, con sus
valores normativos, que tienden a provocar el vuelco de lascimentaciones con respecto a la esquina del mismo.
Con sus valores normativos, pues el factor de seguridad 1.5, ya posee laseguridad adecuada para este chequeo.
F.S.V. =
izantesdesestabilMomentos
ntesestabilizaMomentos
1.05
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteCimiento con pedestal cntrico.
Para los casos de cimientos rectangulares con pedestal cntrico (Fig.
2.1.), basta chequear que la excentricidad sea menor o igual que un
tercio del ancho o largo de la base segn el lado que se analice, si estose cumple, se garantiza tambin el cumplimiento de la condicin de
vuelco.
el l /3
eb b /3
Fig. 2.1- Cimiento con pedestal cntrico
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteCimiento con pedestal excntrico.Para un cimiento con pedestal excntrico (Fig. 2.2), la expresin del F.S.V. queda:
Fig. 2.2-Cimiento con pedestal excntrico.
F.S.V. =
dHM
blddN
L
l
.'
..' 2/20
+
+ l1.5
En el caso de no cumplirse alguna
de las condiciones planteadasanteriormente, deben de
aumentarse las dimensiones de la
base, variar la forma o el tipo de
cimentacin
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteChequeo del deslizamiento.
El cimiento no tendr peligro de deslizamiento; si las fuerzas horizontales
actuantes se compensen con las fuerzas resistentes que aporta el suelo.
Que llevado al caso especfico del suelo, se escribe como:
Siempre que no se cumpla esta condicin se incrementa el rea de la
base, hasta satisfacer dicha expresin.
F* actuantesF* resistentes
H* N* tg* + 0.75 b l C*
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteCAPACIDAD DE CARGA
Para suelos C-
Para suelos C
donde:
qbr*= 0.52*.B.
N.
S.
i.
d.
g+ C*.
Nc.
Scicdcgc+ q* NqSqiqdqgq
qbr*= 5.14C*(1+Sc+ dc-ic-gc)+q*
2* : Peso especfico minorado por debajo del nivel de cimentacin.B : Lado menor entre l y b.
q* : Presin efectiva a nivel de solera alrededor del cimiento.
N, Nc, Nq: Factores de Capacidad de carga.
S, Sc, Sq, i, ic, iq, d, dc, dq, g, gc, gq : Factores de influencia.
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado LmitemiteCondicin de diseo para el criterio de estabilidad.
La condicin de diseo en este caso queda como:
NC* Qbt*
+
'
'' q
K
qqbrlQbt = b.
Para cimientos rectangulares.
Qbt* = l b
+
*
**q
qqbr
s
Para cimientos circulares.Cimiento con carga vertical centrada (ec = 0)
Qbt* =
+
*
**
4
2
0 qqqbrD
s
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
1.30Muy grave
1.25Grave
1.20Leve
Desfavorables
1.25Muy grave
1.20Grave
1.15Leve
Normales
1.20Muy grave
1.15Grave
1.10Leve
Favorables
Valores de sTipo de falloCondiciones de trabajo de la
base de la cimentacin
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DiseDiseo por estados lo por estados lmites. 1mites. 1 Estado LEstado Lmitemite
El cumplimiento de la condicin de diseo debe lograrse
para una tolerancia del 3
5 %, garantizndose as undiseo econmico.
% tolerancia =
***
NNQbt 100 3 5 %
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Influencia del nivel fretico en la capacidad de carga Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de la
capacidad de carga
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite.
DiseDiseo por factor de seguridad global. Criterio deo por factor de seguridad global. Criterio deestabilidadestabilidad
Diseo de tensiones admisibles
CONTENIDO
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DiseDiseo por Factor de Seguridad Global. Criterio deo por Factor de Seguridad Global. Criterio deestabilidadestabilidad
II. Diseo por factor de seguridad global o coeficiente nico.
Criterio de Estabilidad.Capacidad de cargaVuelco
Deslizamiento
Combinaciones de carga para el diseo por estabilidad.
D + L
[ ])( EWLD+ K donde K tiene que ser 0,75
D + (W E)
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DiseDiseo por Factor de Seguridad Global. Criterio deo por Factor de Seguridad Global. Criterio deestabilidadestabilidad
F.S. Vuelco = izantesdesestabilMomentos
ntesestabilizaMomentos 1.5
Factuantes
esFresistent
++
l
l
....
....
bctgN
bctgN
a
F.S. Deslizamiento =
Fresistentes =
1.5
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo por Factor de Seguridad Global. Criterio deo por Factor de Seguridad Global. Criterio deestabilidadestabilidad
+
'
'' q
K
qqbrl
-Condicin de diseo para el criterio de estabilidad.
La condicin de diseo en este caso queda como:N0 Qbt
El valor de la carga bruta resistente a la estabilidad se determina a partir
de:
Cimientos rectangulares
Qbt = b.
.
a) K = 3,0 Para combinaciones donde activen cargas estticas.
b) K = 2,5 Para combinaciones donde este presente el sismo o el viento, la que
sea ms desfavorable.
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
Influencia del nivel fretico en la capacidad de carga Anlisis de cimentaciones en bases estratigrficas
Mtodo Grfico analtico para el clculo de la
capacidad de carga
Diseo por estados lmites. 1 Estado Lmite.
Diseo por factor de seguridad global. Criterio de
estabilidad
DiseDiseo de tensiones admisibleso de tensiones admisibles
CONTENIDO
DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
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DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
DiseDiseo de tensiones admisibleso de tensiones admisiblesChequeo de la presin admisible (Rs)El chequeo de la presin admisible, que en mucha literatura se conoce como
resistencia de suelo Rs, se realiza segn:
* Para e = 0
DISEO DE CIMENTACIONES POR ESTABILIDAD
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DiseDiseo de tensiones admisibleso de tensiones admisibles
* Para 0 < el? l /6