presión del suelo
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12 3 PRESIÓN DEL SUELO
Cada tipo de terreno tiene sus características propias y reacciona ante cargas externas de
distintos modos. Algunos de los factores que influyen en la distribución de la reacción del
terreno son: la flexibilidad del cimiento respecto al suelo el nivel de cimentación y el tipo de
terreno. Por ejemplo en la figura 12 2 se presenta la distribución de la presión para dos tipos
de suelos: granular y cohesivo.
Columna
Columno
o) Suelo granular
Zapota
b) Suelo Cohesivo
Zapata
Figura
12.2.
Distribución de la reacción del suelo en terrenos granulares y cohesivos
En el terreno granular se aprecia que la presión en los bordes de la cimentación es menor que
en la zona central debido a la presión ejercida por las cargas aplicadas tiende a desplazar el
suelo en los extremos lo cual disminuye la reacción. Este desplazamiento depende de la profun-
didad de cimentación. Si ésta es elevada la fuerza ejercida por el peso propio del terreno
impedirá que el suelo se desplace. En el suelo cohesivo por el contrario la presión en los bordes
de la cimentación es mayor que en la sección central. El suelo que circunda el área cargada
ejerce una fuerza de soporte sobre ella por efecto de la cohesión y por ello la reacción se
incrementa.
En el diseño no es práctico considerar la distribución real de la reacción del suelo por lo que
se asumen dos hipótesis básicas:
1
La cimentación es rígida.
2 El suelo es homogéneo elástico y aislado del suelo circundante.
Estas suposiciones conllevan a que la distribución de la reacción del suelo frente a las cargas
transmitidas por la columna sea lineal consideración que ha demostrado dar resultados conser-
vadores excepto en terrenos cohesivos como limos o arcillas plásticas.
12 3 1 Cimentación con
carga
excéntrica
En las zapatas cargadas excéntricamente la reacción del suelo no es uniforme y tiene una
distribución que puede ser trapezoidal o triangular.
Dependiendo de la excentricidad de la carga la presión en el suelo es:
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Si la excentricidad es pequeña, me nor que L16, la presión en los extremo s de la zapata es ver
figura 12.3.a):
donde:
q,,q,:
Presión en los extremos de la zapata.
P: Carga axial.
e:
Excentricidad d e la carga axial.
S :
Dimensión de la cim entación perpendicular a la dirección de análisis.
L :
Dimensión de la cimentación paralela a la dirección de análisis.
a) Carga excén trica e<L/6)
b) Carga excén trica e=L/6)
c) Carga excéntrica e>L/6)
Figura 12.3. Reacción del terreno de acuerdo a la excentricidad de la carga
de la columna
Si la excentricidad es mayor que Ll6, parte de la cimentación n o recibe ninguna reacción ya
que no puede existir esfuerzos de tracción en tre terreno y zapata. La distribución en este caso
es triangular como la mostrada en la figura 12.3.c.
Para garantizar el equilibrio deben cumplirse dos condiciones:
l
La línea de acción resultante de la reacción de l suelo debe coincidir con la línea de acción
de la carga excé ntrica de la columna de modo qu e no se presente mom ento resultante por
la excentricidad.
2. La resultante de la presión d el suelo debe ser igual a la carga proveniente d e la columna
para satisfacer el equilibrio de fuerzas verticales.
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Bajo las condiciones presentadas, la presión en el extremo de la cimentación será:
Esta expresión es aplicable hasta que la excentricidad es igual a Ll2 situación bajo la cual
se produce el volteo de la cimentación. En la práctica, ésto sólo se presenta en roca o suelos
muy duros. En la mayoría de los casos, la fluencia del suelo bajo el extremo de la zapata
puede hacer que ésta se inutilice, produciendo una situación equivalente al volteo. Esta
condición se presenta cuando la presión en el extremo comprimido causa la falla del suelo.
La excentricidad que causa esta condición se denomina e , como se muestra en
la
figura 12.4.
Asumiendo que el suelo falla a una presión qf=2.5q, se tiene:
donde: m,: Distancia de la carga P al borde de la cimentación.
Considerando un factor de seguridad de 1.5, la excentricidad máxima a que puede estar
sometida la zapata es:
ef L
P
e m x
1 5
3 7 5qSS
1
2-3)
Figura
1
2.4. Condición de volteo inminente
Si se presenta excentricidad en dos direcciones, las presiones en las esquinas de la zapata
serán:
donde: e, : Excentricidad en la dirección paralela a L.
e,:
Excentricidad en la dirección paralela a
S
Si empleando la expresión (12-4), una de las esquinas de la zapata resulta sometida a
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tracción, es evidente que parte de la zapata se ha desprendido del suelo y por lo tanto, la
expresión 12-4) pierde validez. En estos casos, se sigue un procedimiento de iteraciones
sucesivas para la determinación de la distribución de presiones en el suelo. Esta situación
escapa a los alcances del presente texto.
Cuando la excentricidad es grande y es posible, conviene hacer la zapata excéntrica con la
columna, centrándola con la tuerca P para tener una reacción uniforme.
12 4
CONSIDER CIONES GENER LES P R
EL
DISEÑO
El diseño de cimentaciones involucra una serie de etapas las cuales se enumeran a continuación:
1.
Determinación de la presión neta del suelo y dimensionamiento de la zapata.
2.
Determinación de la reacción amplificada del suelo.
3. Verificación del corte por flexión y por punzonamiento.
4.
Cálculo del refuerzo por flexión o refuerzo longitudinal.
5.
Verificación de la conexión columna-zapata o muro-zapata.
continuación se desarrollará cada una de las etapas mencionadas para el diseño de zapatas
aisladas.
12 5
Z P T S ISL D S
Las zapatas aisladas son losas rectangulares o cuadradas que sirven de apoyo a columnas.
Tiene peralte constante o variable, disminuyendo hacia los bordes. También pueden ser escalo-
nadas como la presentada en la figura 12.5. En este caso, el elemento debe vaciarse integralmente
y no por escalones. El peralte efectivo mínimo en el borde de una zapata de sección variable es
15 cm.
Figura 12.5. Zapatas aisladas de peralte variable
Las zapatas aisladas son el tipo más usual de cimentación pues son las más económicas. La
columna puede ser centrada o excéntrica, aunque el primer caso es el más común. Si la cimen-
tación se ubica en el límite de propiedad, la excentricidad de las cargas aplicadas puede ser tan
elevada que la capacidad portante del suelo es superada. En estos casos se hace uso de las
zapatas conectadas o combinadas las cuales se presentan en las secciones siguientes.