Contenuto
1
Table of Contents
1. GEOSTRU SOFTWARE
1.1.
Activación
....................................................................................................................6
del producto_2
1.2.
Auto-actualización
....................................................................................................................13
1.3.
Copyright
....................................................................................................................13
1.4.
Servicio
....................................................................................................................13
asistencia técnica al cliente
1.5.
Contactos
....................................................................................................................14
2. UTILITY
2.1.
Tablas
....................................................................................................................16
de conversión_2
2.2.
Database
....................................................................................................................17
suelos
3. NORMATIVA
3.1.
D.M.
....................................................................................................................22
88 (TA)
3.2.
Eurocódigo
....................................................................................................................22
7
3.3.
Eurocódigo
....................................................................................................................42
8
4. LOADCAP
4.1.
Datos
....................................................................................................................61
generales
4.1.1.
Database terrenos
............................................................................................62
Loadcap
2
4.1.2.
Datos sistema
............................................................................................62
de cimentación
4.1.3.
Estratigrafía
............................................................................................66
4.1.4.
Administración
............................................................................................70
ensayos
4.1.5.
Input gráfico
............................................................................................71
4.1.6.
Cargas
4.1.7.
Cargas repartidas
............................................................................................73
4.2.
Carga
....................................................................................................................74
última
4.2.1.
4.3.
............................................................................................71
Módulo terraplenes
............................................................................................75
Asientos
....................................................................................................................76
4.3.1.
Asientos edom.
............................................................................................76
-Schmertmann
4.3.2.
Asientos elásticos
............................................................................................77
4.3.3.
Asientos Burland
............................................................................................77
& Burbidge
4.3.4.
Asientos post-sísmicos
............................................................................................77
4.3.5.
Comprobación
............................................................................................78
de la licuefacción
4.3.6.
Asientos diferenciales
............................................................................................78
4.4.
Gráficos
....................................................................................................................81
4.5.
Vista
....................................................................................................................82
4.6.
Exportar
....................................................................................................................83
4.7.
Referencias
....................................................................................................................83
Teóricas
4.7.1.
Correcciones
............................................................................................113
sísmicas según PAOLUCCI & PECKER
4.7.2.
Capacidad
............................................................................................114
Portante de cimentaciones en taludes
4.7.3.
Cálculo presiones
............................................................................................115
terreno
4.7.4.
Normativa............................................................................................120
4.7.5.
Bibliografía
............................................................................................122
4.7.6.
Cimentaciones
............................................................................................123
circulares
Contenuto
3
5. Cómo configurar un nuevo proyecto
6. Comandos de short cut
GEOSTRU SOFTWARE
CAPITOLO
I
GEOSTRU SOFTWARE
Capitolo 1
5
GeoStru es una empresa que desarrolla software técnico profesional para ingeniería,
geotécnica, geología, geomecánica, hidrología y pruebas en los terrenos.
Gracias a GeoStru es posible servirse de herramientas profesionales de gran eficacia. Los
software GeoStru son instrumentos completos, fiables (los algoritmos de cálculo son los
más avanzados tecnológicamente en el campo de la investigación mundial), actualizados
periódicamente, simples de usar, dotados de una interfaz gráfica intuitiva y siempre a la
vanguardia.
La atención que se pone en la asistencia a los clientes y en el desarrollo de software
siempre en línea con las modernas tecnologías ha permitido, en pocos años, la afirmación
en los mercados internacionales. El software, actualmente traducido en cinco idiomas y
compatible con las normativas de cálculo internacionales, se utiliza en más de 50 países en
todo el mundo.
GeoStru participa en las principales ferias italianas, como SAIE en Boloña y GeoFluid en
Piacenza, e internacionales, como SEEBE en Belgrado, Costruct EXPO en Rumania, etc.
Hoy en día dirigirse a GeoStru significa no solamente adquirir un software, sino también contar con
un personal especializado que pone a disposición del cliente toda la experiencia adquirida.
Muchos son los sectores en los cuales la empresa se ha especializado en el transcurso de los
años. De hecho, la familia de productos GeoStru se subdivide en varias categorías:
Estructuras;
Geotécnica y geología;
Geomecánica;
Pruebas in situ;
Hidrología e hidráulica;
Topografía;
Energía;
Geofísica;
Oficina.
Además, dentro de los beneficios que ofrece GeoStru, se cuenta con el servicio gratuito
GeoStru Online que incluye aplicaciones software para resolver las problemáticas más
variadas.
Para más información sobre los productos disponibles en español consulte nuestra página
web http://www.geostru.com/ES
Certificación ISO 9001
© 2012 Geostru Software
6
Capitolo 1
GEOSTRU SOFTWARE
El 1 de junio de 2009 GeoStru Software obtiene la Certificación Empresarial UNI En ISO 9001, por parte
de CVI Italia s.r.l., con certificación número 7007, para: Proyecto y venta de software.
1.1. Activación del producto_2
SISTEMAS OPERATIVOS COMPATIBLES
Windows 98/Windows XP/Windows Vista/Windows 7/Windows 8
La versión TRIAL del software permite apreciar las características generales de la aplicación,
aunque algunas de sus funciones esenciales se encuentren desactivadas o en versión limitada.
Para utilizar la versión completa del programa es necesario activarlo.
El proceso de activación de los software GeoStru sirve para desbloquear y hacer que los
programas adquiridos funcionen inmediatamente. Es necesario activar los programas GeoStru en
cada uno de los ordenadores donde se desea utilizarlos.
Para activar los software seguir los siguientes pasos:
1. Descargar el programa de nuestra página web en "My GeoStru - Software Activos",
guardar e instalarlo.
2. Abrir el software, después de unos segundos aparecerá la ventana de activación que
permite usar el software en modalidad TRIAL o activarlo.
3. Hacer clic en el botón '' Ac t iv a r''.
GEOSTRU SOFTWARE
La activación se puede llevar a cabo de varias maneras:
Capitolo 1
7
8
Capitolo 1
GEOSTRU SOFTWARE
Activación automática por Internet:
Para poder activar automáticamente el software, es necesario conectarse a Internet.
a. Hacer clic en el botón "Ac t iv a c ión a ut om á t ic a por Int e rne t "
b. Indicar los datos de login (username y password) emitidos por GeoStru en el momento del
registro
c. Hacer clic en el botón '' Ac t iv a r'': aparecerá un mensaje indicando que se ha efectuado el
registro del software.
GEOSTRU SOFTWARE
Capitolo 1
Activación manual:
Se puede efectuar la activación manual en el caso de que los sistemas de protección en red,
como proxy y firewal, no permitan que la aplicación se comunique correctamente con los server
de registro GeoStru.
a. En la sección "Ac t iv a c ión m a nua l de M y Ge oSt ru", hacer clic en ''Nue v a Ac t iv a c ión'' en el
software a activar
b. Copiar y pegar el código de control que ha generado el software y que se muestra en la casilla
c. Solicitar el nuevo código de registro
d. Pegar dicho código en la casilla del código de registro
e. Hacer clic en '' Ac t iv a r'': aparecerá un mensaje indicando que se ha efectuado el registro del
software.
9
10
Capitolo 1
GEOSTRU SOFTWARE
Activación por e-mail o por teléfono:
La activación por e.mail o por teléfono permite que el usuario se registre con la ayuda de un
operador GeoStru.
a. Contactar con el personal GeoStru por e.mail o por teléfono indicando el código de control y el
software que lo ha generado
b. Insertar, en la respectiva casilla de texto, el código de registro que dará GeoStru
c. Hacer clic en '' Ac t iv a r'': aparecerá un mensaje indicando que se ha efectuado el registro del
software.
GEOSTRU SOFTWARE
Capitolo 1
Activación con llave hardware:
Los usuarios que tengan llave hardware no deben llevar a cabo las operaciones de activación.
Basta con insertar la llave en el ordenador antes de abrir la aplicación para que no aparezca el
procedimiento de activación
11
12
Capitolo 1
GEOSTRU SOFTWARE
DESACTIVAR EL SOFTWARE
Cuando se cuenta con conexión a Internet es posible desactivar el software de una máquina para
activarlo en otra.
REPROGRAMAR LA LLAVE HARDWARE
El procedimiento de reprogramación de la llave hardware dura poco. Requiere un mínimo de
intervención de parte del usuario y se hace en dos fases:
FASE 1. Detección del código de la llave.
Para poder reprogramar la llave se necesita el código de la misma. El código ID aparece en la
ventana que indica el tipo de llave que se está usando.
FASE 2. Reprogramación de la llave.
Esperar el correo electrónico que informa de la disponibilidad del software para reprogramar la
llave. Una vez recibido dicho correo, acceder a My GeoStru, en la sección "Doc um e nt os". Buscar
el archivo con el código correspondiente al notificado por email y descargarlo. Descomprimir el
archivo y ejecutarlo haciendo doble clic, asegurándose que la llave a reprogramar esté puesta en
el PC (dejar vacío el campo para la inserción del password).
Un mensaje indicará que se ha finalizado la operación.
GEOSTRU SOFTWARE
Capitolo 1
1.2. Auto-actualización
El software cuenta con un sistema integrado de auto-update.
Después de unos segundos de haber abierto el software, pasando el puntero del mouse sobre la
indicación de la versión (debajo a la derecha de la ventana principal: GEOSTRU-2012._._._), el
usuario podrá verificar la disponibilidad o no de actualizar el programa.
Si en un mensaje se avisa que está disponible una versión actualizada, entonces se puede
actualizar automáticamente el software haciendo clic en el respectivo icono.
Si no hay actualizaciones disponibles, aparecerá el mensaje ''No updates available''.
1.3. Copyright
La información contenida en el presente documento está sujeta a cambios sin previo aviso.
Si no está especificado, cualquier referencia a sociedades, nombres, datos y direcciones usada
en las reproducciones de las pantallas y en los ejemplos es puramente casual y tiene como única
finalidad ilustrar el uso del producto.
El respeto de todas las leyes aplicables en materia de copyright está a cargo del usuario
únicamente.
Ninguna parte de este documento se puede reproducir en cualquier forma, electrónica o mecánica
para utilizarla sin el previo permiso por escrito de parte de GeoStru Software. Sin embargo, si el
usuario puede acceder solo electrónicamente, entonces será autorizado, con base en el presente
documento, a imprimir una copia.
1.4. Servicio asistencia técnica al cliente
Para cualquier consulta sobre los productos GeoStru:
-
Consultar
Consultar
Consultar
Consultar
Consultar
los documentos y otros materiales impresos.
Ayuda en línea.
la documentación técnica utilizada para el desarrollo del software (página Web)
el área FAQ (página Web)
los servicios de asistencia de GeoStru (http://geostru.com/ES/assistenza.aspx )
Hemos activado el servizio Ticket para responder a las solicitudes de asistencia de nuestros
usuarios.
El servicio, reservado a poseedores de licencias de uso vigentes de los programas GeoStru,
permite el seguimiento directo de parte de nuestros especialistas y obtener respuesta a
problemáticas inherentes a los software (http://geostru.com/ES/assistenza.aspx ).
Página Web: www.geostru.com
13
14
Capitolo 1
GEOSTRU SOFTWARE
1.5. Contactos
Skype Nick:
geostru.software_es
geostru_support_it-eng-spa
Web:
www.geostru.com
E-mail:
[email protected]
[email protected]
Para más información sobre nuestros contactos, consultar la página Web.
UTILITY
CAPITOLO
II
16
UTILITY
Capitolo 2
2.1. Tablas de conversión_2
Inclinación (%)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Ángulo (°)
0.5729
1.1458
1.7184
2.2906
2.8624
3.4336
4.0042
4.5739
5.1428
5.7106
6.2773
6.8428
7.4069
7.9696
8.5308
9.0903
9.6480
10.2040
10.7580
11.3099
11.8598
12.4074
12.9528
13.4957
14.0362
Inclinación (%)
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
Ángulo (°)
14.5742
15.1096
15.6422
16.1722
16.6992
17.2234
17.7447
18.2629
18.7780
19.2900
19.7989
20.3045
20.8068
21.3058
21.8014
22.2936
22.7824
23.2677
23.7495
24.2277
24.7024
25.1735
25.6410
26.1049
26.5651
Conversión de inclinación en grados
De
N
kN
kN
kg
kg
Tonn
A
kg
kg
Tonn
N
kN
kN
Operación
Dividir entre
Multiplicar por
Dividir entre
Multiplicar por
Dividir entre
Multiplicar por
Factor
9.8
102
9.8
9.8
102
9.8
Conversión fuerzas: 1 Newton (N) = 1/9.81 Kg = 0.102 Kg ; 1 kN = 1000 N
UTILITY
Capitolo 2
De
A
Operación
Factor
Tonn/m2
kg/m2
kg/cm2
kg/cm2
Dividir entre
10
Dividir entre
10000
Pa
kg/cm2
kg/cm2
Dividir entre
98000
Dividir entre
98
Multiplicar por
10.2
kPa
kg/cm2
kg/m2
Multiplicar por
102
Mpa
kg/m2
Multiplicar por
102000
kPa
Mpa
Conversión presiones: 1 Pascal (Pa) = 1 Newton/m2 ; 1 kPa = 1000 Pa; 1 MPa = 1000000
Pa = 1000 kPa
2.2. Database suelos
Suelo
Arena suelta
Arena medianamente compacta
Arena compacta
Arena arcillosa medianamente compacta
Arena limosa medianamente compacta
Arena y gravas compactas
Terreno arcilloso con qu< 2 Kg/cm²
Terreno arcilloso con 2< qu< 4 Kg/cm²
Terreno arcilloso con qu> 2 Kg/cm²
Valor mínimo
0.48
0.96
6.40
2.40
2.40
10.00
1.20
2.20
>4.80
Valor máximo
1.60
8.00
12.80
4.80
4.80
30.00
2.40
4.80
Valores aproximados del módulo de Winkler K en Kg/cm3
Suelo
Gravas secas
Gravas húmedas
Arena seca compacta
Arena húmeda compacta
Arena mojada compacta
Arena seca suelta
Arena húmeda suelta
Arena mojada suelta
Arcilla arenosa
Arcilla dura
Arcilla semisólida
Valor mínimo
1800
1900
1700
1900
2000
1500
1600
1900
1800
2000
1900
Valor máximo
2000
2100
2000
2100
2200
1800
1900
2100
2200
2100
1950
17
18
UTILITY
Capitolo 2
Suelo
Valor máximo
1850
1100
Valores aproximados del peso de volumen en Kg/cm3
Arcilla blanda
Turba
Valor mínimo
1800
1000
Suelo
Valor mínimo
Valor máximo
Gravas compactas
35
35
Gravas sueltas
34
35
Arena compacta
35
45
Arena suelta
25
35
Marga Arenosa
22
29
Marga grasa
16
22
Arcilla grasa
0
30
Arcilla arenosa
16
28
Limo
20
27
Valores aproximados del ángulo de rozamiento , en grados, para suelos
Suelo
Arcilla arenosa
Arcilla blanda
Arcilla plástica
Arcilla semisólida
Arcilla sólida
Arcilla tenaz
Limo compacto
Valor
0.20
0.10
0.25
0.50
1
2÷10
0.10
Valores aproximados de la cohesión en Kg/cm2
Suelo
Valor máximo de Valor mínimo
E
de E
Arcilla muy blanda
153
20.4
Arcilla blanda
255
51
Arcilla media
510
153
Arcilla dura
1020
510
Arcilla arenosa
2550
255
Loess
612
153
Arena limosa
204
51
Arena suelta
255
102
Arena compacta
816
510
Pizarra
51000
1530
Limo
204
20.4
Arena y gravas sueltas
1530
510
Arena y gravas compactas
2040
1020
Valores aproximados del módulo elástico, en Kg/cm2, para suelos
UTILITY
Capitolo 2
Suelo
Valor máximo
Valor mínimo
de
de
Arcilla saturada
0.5
0.4
Arcilla no saturada
0.3
0.1
Arcilla arenosa
0.3
0.2
Limo
0.35
0.3
Arena
1.0
-0.1
Arena gravosa comúnmente usada
0.4
0.3
Loess
0.3
0.1
Hielo
0.36
Hormigón
0.15
Valores aproximados del coeficiente de Poisson para suelos
Rocas
Pómez
Toba volcánica
Caliza tobosa
Arena gruesa seca
Arena fina seca
Arena fina húmeda
Arenisca
Arcilla seca
Caliza tierna
Travertino
Dolomía
Caliza compacta
Traquita
Pórfido
Gneis
Serpentina
Granito
Mármol sacaroideo
Sienita
Diorita
Basalto
Valor mínimo
500
1100
1120
1400
1400
1900
1800
2000
2000
2200
2300
2400
2400
2450
2500
2500
2550
2700
2700
2750
2750
Valor máximo
1100
1750
2000
1500
1600
2000
2700
2250
2400
2500
2850
2700
2800
2700
2700
2750
2900
2750
3000
3000
3100
Valores aproximados del peso específico de algunas rocas en Kg/m3
Rocas
Granito
Dolerita
Basalto
Arenisca
Pizarra
Caliza
Cuarcita
Mármol
Valor mínimo
45
55
50
35
15
35
50
35
Valor máximo
60
60
55
50
30
50
60
50
19
20
UTILITY
Capitolo 2
Valores aproximados del ángulo de rozamiento , en grados, para rocas
Rocas
E
Valor máximo
1071000
856800
Valor mínimo
178500
142800
Valor máximo
0.32
0.30
Valor mínimo
0.27
0.26
0.22
0.18
0.45
0.45
0.45
0.45
0.24
0.35
0.20
0.25
Basalto
Granito
Esquisto
856800
71400
cristalino
Caliza
1071000
214200
Caliza porosa
856800
35700
Arenisca
428400
35700
Pizarra
214200
35700
Hormigón
Variable
Valores aproximados del módulo elástico y del coeficiente
0.15
de Poisson para rocas
NORMATIVA
CAPITOLO
III
22
NORMATIVA
Capitolo 3
3.1. D.M. 88 (TA)
La aplicación del D.M. 88 (tensión admisible) y sus sucesivas modificaciones es posible si se
agrega el coeficiente sísmico, ver Ta. X.Y., horizontal Ko en función de las Categorías según el
siguiente esquema:
Categoría
Ko
I
II
III
0.1
0.07
0.04
Kv
0
0
0
De acuerdo con esta disposición, la razón:
ag
g
C I R
C: coeficiente de intensidad sísmica
C
S 2
100
S: grado de sismicidad (S =2)
R: coeficiente de respuesta
I: coeficiente de protección sísmica
Véase también:
Correcciones sísmicas; Cálculo de los factores de capacidad portante en condiciones
sísmicas
3.2. Eurocódigo 7
El Eurocódigo 7 EN 1997 introduce, en las comprobaciones de estados límite estructurales y geotécnicos,
enfoques de proyecto con diferentes combinaciones de grupos de coeficientes parciales para las
acciones, las resistencias de los materiales y la resistencia global del sistema.
Cada estado miembro de la UE emite el Anexo Nacional (National Annex, NA), o sea las especificaciones
detalladas para aplicar las directrices de la norma EN 1997.
Por ejemplo, el enfoque 1 se utiliza en el Reino Unido y en Portugal, el enfoque 2 en la mayor parte de los
NORMATIVA
Capitolo 3
23
países europeos (Alemania, Eslovaquia, Italia...) para calcular la capacidad portante y el enfoque 3 en los
Países Bajos y en la mayor parte de los países europeos para calcular la estabilidad de taludes.
En las especificaciones se indican los valores de los coeficientes parciales a utilizar y se indican los
enfoques a adoptar en las fases de proyecto de las diferentes obras (capacidad portante, anclajes,
pantallas, muros de contención, etc.)
Enfoques de proyecto
2.4.7.3.4.2 Enfoque de proyecto 1
1.Se debe comprobar, excepto para el proyecto de pilotes y anclajes bajo carga axil, que no
se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las
siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales:
Com binación 1: A1 “+” M1 “+” R1
Com binación 2: A2 “+” M2 “+” R1
donde el "+" implica: "a combinar con".
NOTA En las combinaciones 1 y 2, los coeficientes se aplican a las acciones y a los parámetros de
resistencia del terreno.
2. Se debe comprobar, para el proyecto de pilotes y anclajes bajo carga axil, que no se
producirá un estado limite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las siguientes
combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales:
Com binación 1 : A1 “+” M1 “+” R1
Com binación 2 : A2 “+” (M1 o M2) “+” R4
NOTA 1 En la combinación 1, los coeficientes se aplican a las acciones y a los parámetros de resistencia
del terreno. En la combinación 2, los coeficientes parciales se aplican a las acciones, a las resistencias
del terreno y, en ocasiones, a los parámetros de resistencia del terreno.
NOTA 2 En la combinación 2, el conjunto M1 se emplea para el cálculo de las resistencias de pilotes o
anclajes, y el conjunto M2 para el cálculo de las acciones desfavorables en pilotes debidas, por ejemplo,
24
Capitolo 3
NORMATIVA
al rozamiento negativo o a las cargas transversales.
3.Si es evidente que una o dos combinaciones condicionan el proyecto, no es necesario
calcular el resto de combinaciones. Sin embargo, distintas combinaciones pueden ser
críticas para diferentes aspectos del mismo proyecto.
1.Se debe comprobar que no se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva
con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales:
Com binación: A1 “+” M1 “+” R2
NOTA 1 En este enfoque, los coeficientes parciales de seguridad se aplican a las acciones o a los
efectos de las acciones, y a las resistencias del terreno.
NOTA 2 Si este enfoque se utiliza para los cálculos de la estabilidad general y de la estabilidad de la
pendiente, el efecto resultante de las acciones sobre la superficie de rotura se multiplica por
resistencia global a cortante a lo largo de la superficie de rotura se divide por
E
y la
R;e.
1.Se debe comprobar que no se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva
con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales:
Com binación: (A1* o A2†) “+” M2 “+” R3
*en acciones estructurales
†en acciones geotécnicas
NOTA 1 Los coeficientes parciales se aplican, con este enfoque, a las acciones o los efectos de las
acciones de la estructura y a los parámetros de resistencia del terreno.
NOTA 2 Para el cálculo de la pendiente y la estabilidad global, se tratan las acciones sobre el suelo
(acciones estructurales, cargas de tráfico) como cargas de tráfico, empleando el conjunto de
coeficientes de carga A2.
NORMATIVA
Capitolo 3
25
La tabla 3.1. Muestra los coeficientes parciales a usar en cada enfoque, dependiendo del tipo
de estructura.
26
NORMATIVA
Capitolo 3
Partial factors sets used in Design Approach...
2
3
Structure
1
Combination 1
Combination 2
General
A1+M1+R1
A2+M2+R1
Slope
Piles and
anchor-ages
A1+M1+R1
A2+M2+R1
A1+R2+M1 A1*(A2 )+M2+R3
E1+R2+M1
E2+M2+R3
A1+M1+R1
A2+M1+R4
A1+R2+M1 A1*(A2 )+M2+R3
Tabla 3.1.- E st a do lím it e últ im o, e nfoque de proy e c t o (*e n a c c ione s e st ruc t ura le s, + e n a c c ione s
ge ot é c nic a s)
Design Approach 1
Permanent actions (G)
Variable actions (Q)
Combination 1
A1 M1
R1
Combination 2
A2
M2 R1
Unfavourable
G
1,35
1,0
Favorable
G,fav
1,0
1,0
Unfavourable
Q
1,5
1,3
Q,fav
0
0
Favorable
Coeff.of schearing resistance (tan )
f
1,0
1,25
Effective cohesion (c')
c'
1,0
1,25
Undrained strength (cu)
cu
1,0
1,4
qu
1,0
1,4
1,0
1,0
Unconfined compressive strength (qu)
Weight density (γ )
Resistance (R)
g
R
1,0
1,0
Tabla 3.2.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando la Combinación 1 y usando la
Combinación 2
NORMATIVA
Capitolo 3
27
Design Approach 2
A1
M1
Unfavourable
G
1,35
Favorable
G,fav
1,0
Unfavourable
Q
1,5
Favorable
Q,fav
0
Material properties(c)
R1
1,0
M
Material resistance (Rv)
Rv
1,4
Sliding resistance (Rh)
Rh
1,1
Earth resistance against retaining structures
....in slope
1,4
1,1
Re
Tabla 3.3.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando el enfoque de proyecto 2
Design Approach 3
A1
A2
Unfavourable
G
1,35
1,0
Favorable
G,fav
1,0
1,0
Unfavourable
Q
1,5
1,3
Favorable
Q,fav
0
0
Coeff.of schearing resistance (tan )
f
M2
1,25
Effective cohesion (c')
c'
1,25
Undrained strength (cu)
cu
1,4
qu
1,4
Unconfined compressive strength (qu)
Weight density (γ )
Resistance (R) (except for pile shaft in tension)
Pile shatf resistance in tension
g
R3
1,0
R
1,0
R,st
1,1
Tabla 3.4.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando el enfoque de proyecto 3
Cimentaciones directas
6.1 Generalidades
1.Este capítulo se aplica a cimentaciones directas, que incluyen zapatas aisladas, zapatas
corridas y losas.
28
Capitolo 3
NORMATIVA
2.Algunas de las disposiciones puede aplicarse a cimentaciones profundas, tales como
cajones o pilotes de base ensanchada.
6.2 Estados límite
1.Los siguientes estados límite deben considerarse y debe elaborarse una lista apropiada de
dichos estados.
-
pérdida de estabilidad global;
agotamiento de la capacidad portante, punzonamiento, extrusión;
rotura por deslizamiento;
rotura combinada en el terreno y en la estructura;
rotura estructural debida al deslizamiento de la cimentación;
asientos excesivos;
levantamiento (inestabilidad) excesivo debido a expansión, helada y otras causas;
vibraciones inadmisibles.
6.3 Acciones y situaciones de proyecto
1. Las situaciones de proyecto deben seleccionarse de acuerdo con el apartado 2.2.
2. Las acciones enumeradas en el punto (4) del apartado 2.4.2 deberían considerarse cuando
se seleccionen los estados límite para el cálculo.
3. Si es significativa la rigidez estructural, deberá analizarse la interacci6n estructura-terreno
para determinar la distribución de acciones.
6.4 Consideraciones de proyecto y construcción
1.Cuando se seleccione la profundidad de una cimentación directa deben considerarse los
siguientes aspectos:
- la posibilidad de alcanzar un estrato con la capacidad portante adecuada;
-el espesor de suelo en el cual la retracción y expansión de los suelos arcillosos, debido
a cambios estacionales, o a árboles y arbustos, puede producir desplazamientos
apreciables;
-la profundidad sobre la cual se pueden producir daños por helada;
-el nivel freático y los problemas que se pueden producir si se precisa excavar la
cimentación bajo el mismo;
- los posibles desplazamientos del terreno y la disminución de la resistencia del estrato
portante por filtraciones, efectos climáticos o los procesos constructivos;
NORMATIVA
Capitolo 3
29
- los efectos de las excavaciones en las cimentaciones y estructuras próximas;
- las excavaciones previstas para servicios cercanos a la cimentación;
- las temperaturas altas o bajas transmitidas por el edificio;
- la posibilidad de socavación;
- los efectos de la variación de contenido de humedad, debida a largos periodos de
sequía y posteriores periodos de lluvia, en las propiedades de suelos con inestabilidad
de volumen presentes en áreas de clima árido;
-la presencia de materiales solubles, por ejemplo caliza, yeso, rocas salinas.
2. No se producirán daños por helada si:
- el suelo no es sensible a la helada;
- la cimentación se apoya por debajo del nivel de acción de la helada;
- se elimina la acción de la helada por aislamiento.
3. La Norma EN ISO 13793 puede aplicarse para establecer medidas de protección de la
helada en cimentaciones de edificios.
4. Además de cumplir con las condiciones de comportamiento, la anchura de cimentación de
proyecto debe tener en cuenta cuestiones prácticas tales como la economía de los trabajos
de excavación, las tolerancias de ejecución, los requisitos sobre espacio de trabajo y las
dimensiones del muro o pilar sustentado por la cimentación
5. Uno de los siguientes métodos de proyecto debe utilizarse para cimentaciones directas:
- un método directo, en el cual se realizan análisis separados para cada estado limite.
Cuando se compruebe un estado límite último, el cálculo debe representar fielmente
el mecanismo de rotura previsto. Cuando se compruebe un estado límite de servicio,
debe utilizarse un cálculo de asientos;
- un método indirecto basado en experiencia comparable y en los resultados de
mediciones u observaciones de campo o laboratorio, y adaptado a las cargas del
estado límite de servicio, de modo que se satisfagan los requisitos de todos los
30
NORMATIVA
Capitolo 3
estados límite relevantes;
- un método prescriptivo en el cual se utiliza una capacidad portante estimada (véase
2.5).
- un método indirecto basado en experiencia comparable y en los resultados de
mediciones u observaciones de campo o laboratorio, y adaptado a las cargas del
estado límite de servicio, de modo que se satisfagan los requisitos de todos los
estados límite relevantes;
- un método prescriptivo en el cual se utiliza una capacidad portante estimada (véase
2.5).
6. Se deberían aplicar los modelos de cálculo para estados límite último y de servicio de
cimentaciones directas en suelo, dados respectivamente en los apartados 6.5 y 6.6. Las
presiones de contacto estimadas para el proyecto de cimentaciones directas en roca se
deberían aplicar según el apartado 6.7.
6.5 Cálculo en estado límite último
6.5.1 Estabilidad global
1.La estabilidad global, con o sin las cimentaciones, debe comprobarse especialmente en las
siguientes situaciones:
- próximo a, o sobre una ladera o talud artificial;
- en proximidad de una excavaci6n o un muro de contención;
- en proximidad de un rio, un canal, un lago, un embalse o de la costa;
- en proximidad de instalaciones mineras o de estructuras enterradas.
2. Para las situaciones anteriores debe justificarse, utilizando los principios descritos en el
capítulo II, que es suficientemente improbable que se produzca la inestabilidad de una masa
de terreno que englobe la cimentación.
6.5.2 Capacidad portante
6.5.2.1 Generalidades
1.Para todos los estados limite últimos debe cumplirse que:
V d = Rd
[6.1]
NORMATIVA
Capitolo 3
31
(2)Rd debe calcularse de acuerdo con el apartado 2.4.
(3)Vd debe incluir el peso de la cimentación, el peso de cualquier material de relleno de la
excavación del cimiento y todos los empujes de unitarios de tierras, sean favorables o
desfavorables. Las presiones de agua que no sean debidas a la carga de cimentación deben
incluirse como acciones.
6.5.2.2 Método analítico
1.Debería utilizarse un método analítico comúnmente reconocido.
NOTA Puede utilizarse el procedimiento analítico para calculo de capacidad portante dado en el
anexo D.
2.Debe considerarse una evaluación analítica de los valores de Rd a corto y largo plazo,
especialmente en el caso de suelos de grano fino.
3.Cuando el suelo o el macizo rocoso bajo una cimentación presente una estructura definida
de estratificación u otras discontinuidades, el mecanismo de rotura supuesto, y los
parámetros elegidos de resistencia o cortante y de deformación deben considerar las
características estructurales del terreno.
4.Cuando se calcule la capacidad portante de cálculo de una cimentación apoyada en
depósitos estratificados, en los que las propiedades varíen considerablemente de uno a otro
estrato, los valores de cálculo de los parámetros del terreno deben determinarse para cada
estrato.
5.En el caso en que una formación resistente se encuentra bajo una formación débil, la
capacidad portante puede calcularse utilizando los parámetros resistentes de la formación
débil. En la situación inversa, debería realizarse una comprobación a punzonamiento.
6.Los métodos analíticos, con frecuencia, no son aplicables a las situaciones de proyecto que
se describen en los puntos (3), (4) Y (5) del apartado 6.5.2.2. Para. determinar el
mecanismo de rotura más desfavorable se debería recurrir entonces a métodos
numéricos.
7. Pueden aplicarse los cálculos de estabilidad global descritos en el capítulo 11
6.5.2.3 Método semi-empírico
32
NORMATIVA
Capitolo 3
1.Puede utilizarse un método semi-empírico comúnmente reconocido.
NOTA Se recomienda el método semi-empírico que figura en el anexo E para la estimación de
la capacidad portante, en base a resultados de ensayos presiométricos
6.5.3 Resistencia al deslizamiento
1.Cuando la carga no sea perpendicular a la base de cimentación, los cimientos de ben
comprobarse a rotura por deslizamiento en su base.
2.Debe cumplirse la siguiente ecuación:
H d = Rd + Rp d
[6.2]
3.Hd debe incluir los valores de cálculo de cualquier empuje activo que actué sobre la
cimentación.
4. Rd debe calcularse de acuerdo con 2.4.
5. Los valores de Rd Y Rp;d deberían relacionarse con la magnitud del desplazamiento
previsto para el estado limite de carga considerado. Para desplazamientos grande s, se
debería considerar la posible relevancia de un comportamiento post-pico. El valor elegido para
Rp;d debería reflejar la vida prevista para la estructura.
6. Para cimentaciones apoyadas dentro de la zona de desplazamientos estacionales de suelos
arcillosos, se debe considerar la posibilidad de que la arcilla se separe, por retracción, de las
caras verticales del cimiento.
7. Se debe considerar la posibilidad de que el suelo frente al cimiento sea eliminado por
erosi6n o actividad humana.
8. Para condiciones drenadas, la resistencia a cortante de cálculo, Rd, debe calcularse
aplicando los coeficientes parciales de las propiedades o la resistencia del terreno, de la forma
siguiente:
Rd = V 'd tan
d
[6.3a]
ó
NORMATIVA
Rd = (V 'd tan
k
Capitolo 3
)/?R;h
33
[6.3b]
NOTA En los procedimientos de proyecto en que los coeficientes se aplican a los efectos de
las acciones, el coeficiente parcial para acciones (?F) es 1,0, y V'd = V'k en la ecuación (6.3b).
9. Al determinar V'd debe considerarse si Hd y V'd son acciones dependientes o independientes.
10. El ángulo de rozamiento de cálculo, δd, puede suponerse igual al valor de cálculo en ángulo
efectivo de resistencia a cortante en estado critico, φ'c v,d, para cimentaciones hormigonadas
in situ, e igual a 2/3 φ'c v;d para cimentaciones lisas prefabricadas. Se debería despreciar
cualquier cohesión efectiva, c'.
11. Para condiciones no drenadas, la resistencia a cortante de cálculo, Rd, debe calcularse
aplicando los coeficientes parciales de las propiedades del terreno o su resistencia, de la forma
siguiente:
Rd = A cu;d
[6.4a]
ó
Rd = A cu;d /?R;h
[6.4b]
12. Si es posible que agua o aire alcancen el contacto entre el cimiento y la arcilla no drenada
subyacente, debe efectuarse la siguiente comprobación:
Rd = 0,4 Vd
[6.5]
13. El requisito (6.5) solo puede obviarse si se evita por succión, en áreas en que no haya
presión positiva de contacto, la formación de una junta entre cimiento y terreno.
6.5.4 Cargas con grandes excentricidades
1.Deben adoptarse precauciones especiales cuando la excentricidad de la carga supere 1/3 de
la anchura de una zapata rectangular, o 0,6 veces el radio de una zapata circular.
34
Capitolo 3
NORMATIVA
Estas precauciones incluyen:
- una revisión cuidadosa de los valores de cálculo de las acciones, de acuerdo con el
apartado 2.4.2;
- el diseño de la localización del borde del cimiento considerando el valor de las
tolerancias constructivas.
2.Salvo que se adopten precauciones constructivas especiales, deberían considerarse
tolerancias de hasta 0,10 m.
6.5.5 Rotura estructural debido a desplazamientos de la cimentación
1.Deben considerarse los desplazamientos diferenciales verticales y horizontales de la
cimentación para asegurar que no conducen a ningún estado límite último a la estructura
sustentada.
2.Puede adoptarse una capacidad portante estimada (véase
2.5)
siempre
que
los
desplazamientos no originen un estado limite ultimo en la estructura.
3.En terreno susceptible de expansión, se debe evaluar el levantamiento diferencial potencial y
proyectar las cimentaciones y la estructura de modo que puedan resistirlo o absorberlo.
6.6 Cálculo en estado límite de servicio
1.Deben considerarse los desplazamientos causados por las acciones sobre la cimentación,
tal como se enumeran en el punto (4) del apartado 2.4.2. .
2.En la evaluación de la magnitud de los desplazamientos de las cimentaciones, debe tenerse
en cuenta la experiencia comparable, como se define en 1.5.2.2. Si es necesario, deben
también realizarse cálculos de desplazamientos. .
3.En arcillas blandas deben calcularse siempre de asientos.
4.Para cimentaciones directas en arcillas rígidas y firmes en las Categorías geotécnicas 2 y 3,
se deberían normalmente realizar cálculos de desplazamientos verticales (asientos). En el
apartado 6.6.2 figuran métodos que pueden utilizarse para calcular asientos provocados
por cargas sobre la cimentación.
5.Las cargas de cálculo en estado límite de servicio deben utilizarse cuando se calculen
desplazamientos de cimentaciones para comparación con los criterios de comportamiento
en servicio (funcionalidad).
NORMATIVA
Capitolo 3
35
6.Los cálculos de asientos no deberían considerarse como precisos. Tan solo proporcionan
una indicación aproximada.
7.Los desplazamientos de cimentaciones deben considerarse
tanto
en términos
de
desplazamiento global de la cimentación como de desplazamientos diferenciales entre
partes de la cimentación.
8.Cuando se calcule el incremento de tensiones en el terreno, y su influencia en la
comprensibilidad de este último, debe considerarse el efecto de cimentaciones y rellenos
vecinos.
9.Debe evaluarse el posible rango de rotaciones relativas de las cimentaciones, y compararlo
con los valores límite de desplazamientos que sean relevantes, según se indica en el
apartado 2.4.9
6.6.1 Asiento
1.Los cálculos de asientos deben incluir tanto los instantáneos como los diferidos.
2.Para suelos parcial o totalmente saturados deberían considerarse las tres componentes de
asiento siguientes:
- So : asiento instantáneo; debido a deformación por cortante a volumen constante
para suelo totalmente saturado y, debido tanto a deformación por cortante como a
disminución de volumen para suelo parcialmente saturado;
- S1 : asiento causado por consolidación;
- S2 : asiento causado por fluencia.
3. Deberían utilizarse métodos reconocidos para evaluar asientos.
NOTA Pueden aplicarse los métodos para evaluar asientos So y S1 que figuran en el anexo F.
4. Se debería prestar especial atención a suelos tales como los orgánicos y las arcillas
blandas, en los cuales los asientos pueden prolongarse en forma casi indefinida por fluencia
5. La profundidad de suelo comprensible que se debería considerar para el cálculo de asiento
debería ser función del tamaño y de la forma de la cimentación, de la variación de la rigidez del
suelo con la profundidad y de la separación de los elementos de cimentación.
6. Esta profundidad puede tomarse normalmente como aquella en que la tensión vertical
efectiva debida a la cimentación es el 20% de la tensión efectiva debida al terreno.
36
Capitolo 3
NORMATIVA
7. En muchos casos esta profundidad solo puede estimarse de modo aproximado, como
entre 1 y 2 veces la anchura de cimentación, pero puede reducirse para losas de cimentación
más anchas, ligeramente cargadas.
NOTA Esta aproximación no es válida para suelos muy blandos.
8. Se debe evaluar cualquier posible asiento debido a la compactación del suelo por su propio
peso.
9. Deberían considerarse:
- los posibles efectos del peso propio, de la inundación y de vibraciones en rellenos y
suelos colapsables;
- los efectos de los cambios de tensiones en arenas de partículas de baja resistencia.
10. Deben adoptarse, según proceda, modelos lineales o no lineales de rigidez del terreno
11. Para asegurar que no se produzca un estado límite de servicio, la determinación de
asientos diferenciales y rotaciones relativas debe considerar tanto la distribución de cargas
como la posible variabilidad del terreno
12. Los cálculos de asientos diferenciales que ignoren la rigidez de la estructura tienden a
sobreestimar dichos asientos. Puede utilizarse un análisis de interacción terreno-estructura
para justificar unos valores reducidos de los asientos diferenciales.
13. Debería preverse la existencia de asientos diferenciales debidos a la variabilidad del
terreno, salvo que pudieran reducirse por la rigidez de la estructura.
14. Para cimentaciones directas en terreno natural debería considerarse que normalmente
habrá asientos diferenciales, aun cuando los cálculos pudieran prever solo asiento uniforme.
15. Se debería estimar la inclinación de una cimentación excéntricamente cargada suponiendo
una distribución lineal de presiones de contacto, y calculando entonces los asientos en las
esquinas de la cimentación empleando los métodos descritos previamente de obtención de
distribución de tensiones verticales en el terreno bajo cada esquina y de cálculo de asientos.
16. Para estructuras convencionales cimentadas con arcillas, debería calcularse la razón de la
capacidad portante del terreno para su resistencia a cortante inicial, en relación a la carga de
servicio (véase 2.4.8 (4». Si esta razón es inferior a 3, deberían hacerse siempre cálculos de
asientos. Si la razón es inferior a 2, los cálculos deberían considerar los efectos en el terreno
de una rigidez no lineal.
NORMATIVA
Capitolo 3
37
Método de análisis tensión-deformación
El asiento total de una cimentación en un suelo coherente o sin cohesión puede evaluarse
utilizando el método de cálculo de tensión-deformación, como se indica a continuación:
- calculando la distribución de tensiones en el terreno debido a la carga transmitida por la
cimentación, lo que puede basarse el cálculo en la teoría de la elasticidad, suponiendo
en general que el suelo es homogéneo e isotrópico y que la distribución de tensiones,
en el contacto cimentación-terreno, es lineal;
- calculando las deformaciones resultantes en el terreno a partir de las tensiones,
utilizando para ello los valores de los módulos de rigidez u otras relaciones de
tensión-deformación
determinadas
a
partir
de
ensayos
de
laboratorio
(preferiblemente calibrados frente a ensayos de campo), o a partir de ensayos de
campo;
- integrando las deformaciones verticales para obtener los asientos; para utilizar el
método de tensión-deformación se debería seleccionar un número suficiente de
puntos en el terreno, por debajo de la cimentación, y determinar las tensiones y
deformaciones en esos puntos.
Método de elasticidad ajustada
El asiento total de una cimentación en suelo coherente o sin cohesión puede evaluarse
utilizando la teoría de la elasticidad y una ecuación de la forma:
s
p B f
Em
[F.1]
donde:
p
es la presión de contacto, distribuida linealmente en la base de la cimentación;
Em
es el valor de cálculo del módulo de elasticidad. Si no se dispone de resultados
útiles de asiento, medidos en estructuras similares del terreno, el valor de cálculo
del módulo de Young drenado, Em, del terreno deformable puede estimarse a
Capitolo 3
38
NORMATIVA
partir de resultados de laboratorio de ensayos in situ;
f
es el coeficiente de asiento. Su valor depende de la forma y dimensiones del área
de la cimentación, de la variación de rigidez del terreno con la profundidad del
espesor de la formación comprensible, del coeficiente de Poisson, de la
distribución de presiones de contacto y del punto en que se calcula el asiento;
y los restantes definidos en 1.6
El método de elasticidad ajustada debería usarse solo si las tensiones en el terreno son tales
que no se produce una plastificación significativa, y que el comportamiento tensióndeformación del terreno puede considerarse lineal. Se necesita mucha precaución si se utiliza
el método de elasticidad ajustada en el caso de un terreno heterogéneo.
Asientos de consolidación
Para calcular el asiento producido por consolidación, puede suponerse una deformación
confinada unidimensional del suelo, y se usa para ello la curva del ensayo edométrico. La
suma de los asientos en condiciones no drenadas y de consolidación conduce, en general, a
sobreestimar el asiento total por lo que es necesario introducir correcciones empíricas.
Asientos en función del tiempo
En suelos coherentes el desarrollo en el tiempo del asiento de consolidación, antes de
alcanzarse el final de la consolidación primaria, puede estimarse aproximadamente utilizando
los parámetros de consolidación obtenidos en un ensayo de compresión. Sin embargo, el
asiento de consolidación en función del tiempo debería obtenerse preferiblemente utilizando
los valores de permeabilidad obtenidos en ensayos in situ.
6.6.4 Análisis de vibraciones
1.Las cimentaciones de estructuras sometidas a vibraciones o a cargas vibratorias, deben
proyectarse para asegurar que las vibraciones no produzcan asientos excesivos.
2.Deberían adoptarse precauciones para asegurar que no se produzca resonancia entre la
frecuencia de la carga dinámica y una frecuencia crítica del sistema cimentación-terreno, y
que no producirá licuefacción en el terreno.
NORMATIVA
Capitolo 3
39
3.Las vibraciones debidas a terremotos deben considerarse utilizando la Norma EN 1998.
6.7 Cimentaciones en roca: consideraciones de proyecto adicionales
1. El cálculo de cimentaciones directas en roca debe considerar los siguientes aspectos:
- la deformabilidad y resistencia del macizo rocoso y el asiento admisible de la
estructura soportada;
-la presencia de capas blandas, por ejemplo disoluciones o zonas de falla, bajo la
cimentación;
-la presencia de juntas de estratificación y otras discontinuidades y sus características
(por ejemplo, relleno, continuidad, anchura, espaciamiento);
- el estado de meteorización, descomposición y facturación de la roca;
- la alteración del estado natural de la roca causada por actividades constructivas, tales
como, por ejemplo, trabajos subterráneos o excavaciones de taludes cerca de la
cimentación.
2.Las cimentaciones directas en roca se pueden proyectar, normalmente, utilizando el
método de estimación de la capacidad portante. Para rocas intactas ígneas, genéricas,
calizas y areniscas de elevada resistencia, la capacidad portante estimada está limitada por
la resistencia a compresión del hormigón de la cimentación.
NOTA El método recomendado para estimar las capacidades portantes de las cimentaciones
directas en roca figura en el anexo G
El asiento de una cimentación se puede evaluar en base a experiencia comparable relacionada
con la clasificación de macizos rocosos
6.8 Cálculo estructural de las cimentaciones directas
1.Se debe prevenir la rotura estructural de una cimentación directa de acuerdo con el
apartado 2.4.6.4.
2.La presión de contacto bajo una cimentación rígida puede suponerse linealmente distribuida.
Puede usarse un análisis más detallado de la interacción suelo-estructura para justificar un
proyecto más económico.
3.La distribución de presiones de contacto bajo una cimentación flexible puede obtenerse
40
Capitolo 3
NORMATIVA
representando la cimentación como viga o losa apoyada sobre un medio continuo
deformable o una serie de muelles, de rigidez y resistencia apropiadas.
4.El comportamiento en servicio de una cimentación por zapata corrida o por losa debe
comprobarse suponiendo la carga correspondiente a estado límite ultimo de servicio y una
distribución de presión de contacto correspondiente a la deformación de la cimentación y
del terreno.
5.Para situaciones de proyecto con cargas concentradas que actúen sobre una cimentación
corrida o una losa, las fuerzas y los momentos flectores en la cimentación pueden
obtenerse a partir de un modelo de coeficientes de balasto, en elasticidad lineal. Los
coeficientes de balasto pueden evaluarse por un análisis de asientos, con estimación
apropiada de la distribución de presiones de contacto. Los coeficientes pueden ajustarse de
modo que las presiones de contacto calculadas no superen los valores para los que puede
suponerse comportamiento lineal.
6.Los asientos totales y diferenciales de la estructura completa pueden calcularse de acuerdo
con el apartado 6.6.2. A estos efectos, no suelen ser apropiados los modelos de
coeficientes de balasto. Cuando la interacción terreno-estructura tenga un efecto
dominante deberían utilizarse métodos más precisos tales como el método de elementos
finitos.
Cálculo en estado límite último
Análisis de estabilidad de taludes
En el análisis de la estabilidad global del terreno, suelo o roca, deben considerarse todos los
modos de rotura relevantes.
La masa de suelo o roca limitada por la superficie de rotura se debería tratar, normalmente,
como un cuerpo rígido o como varios cuerpos rígidos moviéndose simultáneamente. Las
superficies de rotura o de contacto entre cuerpos rígidos pueden tener toda una variedad de
formas, que incluyen formas planas, circulares y de mayor complicación. Como alternativa,
la estabilidad puede comprobarse por análisis límite o utilizando el método de elementos
finitos.
NORMATIVA
Capitolo 3
41
Si el terreno o el material de terraplén es relativamente homogéneo o isotrópico se debería
suponer, normalmente, que las superficies de rotura son circulares.
En el caso de taludes en suelos estratificados con variaciones considerables de la resistencia
a cortante, debería prestarse especial atención a los estratos de menor resistencia a
cortante. Puede requerirse analizar superficies de rotura no circulares.
En materiales con diaclasas, incluyendo rocas duras y suelos estratificados o fisurados, la
forma de la superficie de rotura puede regirse parcial o totalmente por las discontinuidades.
En tal caso debería hacerse, normalmente, un análisis de cuñas en tres dimensiones.
Las superficies de rotura de taludes existentes, que se pueden reactivar potencialmente,
deberían analizarse considerando superficies tanto circulares como no circulares de rotura.
Los coeficientes parciales utilizados normalmente para el análisis de estabilidad global
pueden no ser apropiados en estos casos.
Si no se puede suponer que la superficie de rotura sea bidimensional, debería considerarse la
utilización de superficies de rotura tridimensionales.
Un análisis de estabilidad de talud debería comprobar la estabilidad de la masa de suelo a
vuelco y deslizamiento. Si se emplea un método de rebanadas y no se comprueba el
equilibrio horizontal, las fuerzas entre rebanadas deberían suponerse horizontales.
En los casos en que se puede producir una rotura combinada del terreno y de los miembros
estructurales, debe considerarse la interacción terreno-estructura teniendo en cuenta la
diferencia que existe entre sus relativas rigideces. Tales casos incluyen superficies de rotura
que atraviesan elementos estructurales tales como pilotes y muros flexibles.
Dado que al buscar la superficie de deslizamiento pésima no es posible distinguir entre
cargas gravitatorias favorables y desfavorables, cualquier incertidumbre en el peso
específico del terreno se debe considerar aplicando, para el mismo, los
valores
característicos superiores o inferiores.
El proyecto debe mostrar que la deformación del terreno bajo acciones de cálculo debida a
reptación o a asientos regionales no producirá daños inaceptables a estructuras o
infraestructuras localizadas en, o cerca del, terreno particular.
42
Capitolo 3
NORMATIVA
3.3. Eurocódigo 8
2.2.4 Medidas específicas
2.2.4.2 Cimentaciones
a).P La rigidez de la cimentación será la adecuada para transmitir al terreno, tan
uniformemente como sea posible, las acciones recibidas de la superestructura.
b). En general, debe utilizarse un único tipo de cimentación para una misma estructura, a
menos que esta última consista en unidades dinámicamente independientes.
3 Características del suelo y zona sísmica
3.1 Condiciones del suelo
3.1.2 Clasificación del suelo
En general, la influencia de las condiciones locales del terreno sobre la acción sísmica será
tenida en cuenta mediante la consideración de las tres clases de subsuelo A, B, C, D y E
descritas por los perfiles topográficos y por los parámetros descritos a continuación.
Nota: El esquema de clasificación del terreno que toma en cuenta la geología profunda utilizado en una nación se puede
especificar en el apéndice nacional, que incluye los valores de los parámetros S, TB, TC e TD que definen el espectro de
respuesta elástico horizontal y vertical.
NORMATIVA
Tipo de
Terreno
A
B
C
D
E
S1
S2
Descripción perfil estratigráfico
Capitolo 3
Vs30
(m/s)
Roca u otra formación geológica similar a
>800
roca, incluyendo como máximo 5 m de
material más débil en superficie.
Depósitos de arena muy densa, gravas, 360-800
o arcilla muy dura, de al menos, varias
decenas de metros de espesor
caracterizado por un incremento de las
propiedades mecánicas en profundidad.
Depósitos profundos arena densa o de
180-360
densidad media, grava o arcilla dura con
un espesor de unas decenas de metros
hasta muchos centenares de metros.
Depósitos de suelo suelto de cohesión
<180
media a no cohesivo, con o sin algunas
capas de débil cohesión, o de suelo de
ligera a gran cohesión
predominantemente
Un perfil de suelo formado por una capa
aluvial superficial con valores de Vs de
tipo C o D, y con un espesor entre 5 y
20 m, encima de un material duro de Vs>
800 m/s.
Depósitos consistiendo o conteniendo
<100
(indicativo)
una capa de 10 m de espesor como
mínimo, con arcillas/limos blandos con un
índice de plasticidad alto (IP>40) y un
alto contenido de agua.
Depósitos de suelos licuefactables,
arcillas sensibles, o cualquier otro perfil
no incluido entre los tipos A a E o S1
NSPT
(golpes/30
cm)
cu
(kPa)
>50
>250
15-50
70-250
<15
<70
43
10-20
Tipos de terreno
El promedio de la velocidad de la onda a cortante Vs,30 (m/s), debería ser calculada de acuerdo con
la siguiente expresión:
v s,30
i
30
hi
v
1,N i
44
Capitolo 3
NORMATIVA
donde:
hi y Vi
son el espesor en metros y la velocidad de la onda de cizalla, (con un nivel de deformación a
cizalladura de 10-5 o menor), de la capa i-ésima, de un total de N, existentes en los primeros 30 m de
profundidad
4. Son necesarios estudios especiales para la definición de la actividad sísmica para aquellos lugares caracterizados por
las clases de subsuelo S1 o S2. En el caso particular del tipo S2, se debe considerar la posible rotura en el suelo.
Nota: Se requiere mayor atención si el depósito es de tipo S1. Tales terrenos típicamente tienen valores muy bajos de
Vs, bajos amortiguamientos internos y un intervalo muy amplio de comportamiento lineal y por lo tanto pueden producir
amplificaciones sísmicas anómalas y efectos de interacción terreno-estructura (véase EN 1998-5:2004, sección 6). En
este caso se requiere un estudio especial para definir la acción sísmica, con el fin de establecer la dependencia del
espectro de respuesta del espesor y del valor de Vs del estrato de arcilla/limo poco cohesivo y del contrasto de rigidez
entre este estrato y los materiales subyacentes.
3.2 Acción sísmica
3.2.1 Zonas sísmicas
1. Se subdividirán los territorios nacionales en zonas sísmicas en función de la peligrosidad
local. Por definición, la peligrosidad dentro de cada zona se puede suponer constante.
2.Para la mayoría de las aplicaciones de este Eurocódigo, la peligrosidad se describe en
términos de un único parámetro, que es la aceleración máxima del terreno de referencia agR
, para terreno tipo A. En las partes correspondientes del Eurocódigo8 se dan parámetros
adicionales requeridos para tipos específicos de estructuras.
Nota: El concepto de aceleración máxima del terreno de referencia agR de un terreno tipo A, utilizado en un país o en
parte del mismo, puede derivarse de los mapas zonación del anexo nacional.
3. La aceleración máxima de referencia, seleccionada por las autoridades nacionales para cada
zona sísmica, correspondiéndole un periodo de retorno de referencia TNCR, de la acción
sísmica para el requisito de no colapso, (o equivalentemente, con la probabilidad de
superación de 50 años, PNCR), escogido por las autoridades nacionales. Para este periodo
de retorno se le asigna un factor de importancia igual a 1. Para periodos de retorno
diferentes al de referencia, la aceleración de proyecto en terrenos tipo A, ag, se define de la
NORMATIVA
Capitolo 3
45
siguiente forma: g gR a ·a 1 = γ
4.En los casos de baja sismicidad, se pueden usar, para ciertas categorías de estructuras,
procedimientos de diseño sísmico simplificados.
Nota: La selección de las categorías de estructuras, tipos de terreno y zonas sísmicas en un país donde se aplican las
disposiciones de baja sismicidad se puede encontrar en el anexo nacional.
Se aconseja considerar casos de baja sismicidad, aquellos en los que la aceleración de proyecto del suelo
en terreno tipo A, ag, no es mayor que 0,08g (0,78 m/s2), o aquellos donde el producto ag·S no es mayor que
0,1 g (0,98 m/s 2). La selección del valor de ag, o el del producto ag·S, que será usado en un país para definir el valor
límite en casos de baja sismicidad, se puede encontrar en el anexo nacional.
5. En los casos de muy baja sismicidad, no es necesario observar las disposiciones del EN
1998 .
3.2.2 Representación básica de la acción sísmica
3.2.2.1 Generalidades
1.En el ámbito de aplicación de EN 1998 el movimiento sísmico en un punto dado de la
superficie se representa generalmente por un espectro elástico de respuesta de la
aceleración del suelo, llamado “espectro elástico de respuesta”.
2.La forma del espectro de respuesta, se admite por igual para los dos niveles de la acción
sísmica, tanto para el requisito de no colapso, como para el requisito de limitación de daño.
3.La acción sísmica horizontal se describe mediante dos componentes ortogonales,
consideradas independientes y representadas por el mismo espectro de respuesta.
4.Para las tres componentes de la acción sísmica, se puede adoptar uno o más formas del
espectro de respuesta, dependiendo del origen sísmico y de la magnitud de los terremotos
generados por ellos.
3.2.2.2 Espectro elástico de respuesta horizontal
1.Para las componentes horizontales de la acción sísmica, el espectro de respuesta de la
acción sísmica se define de la siguiente manera (véase figura 3.1):
NORMATIVA
Capitolo 3
46
0 T
TB : Se T
TB
TC
TD
T
T
T
ag S 1
TC : Se T
TD : Se T
4 s : Se T
T
TB
2,5 1
ag S
ag S
ag S
2,5
3. 3
T
TB
3. 4
TC TD
T
3.5
2,5
2,5
3. 2
donde:
Se (T )
T
ag
es el espectro de respuesta elástica
es el periodo de vibración de un sistema lineal con un grado de libertad
es la aceleración de proyecto del suelo en un terreno di tipo A (ag = I agR)
TB
es el límite inferior del periodo del tramo constante de la aceleración
espectral
TC
es el límite superior del periodo del tramo constante de la aceleración
espectral
TD
es el valor que define el comienzo del tramo de desplazamiento constante
del espectro de respuesta
S
es el factor de suelo
η
es el factor corrección del amortiguamiento, con un valor de referencia η=
1
para un amortiguamiento viscoso del 5%. Véase punto (3)
NORMATIVA
Capitolo 3
47
Figura 3.1-Forma del espectro elástico de respuesta horizontal
2. Los valores de los periodos y del factor S de suelo, descritos en la forma del espectro de
respuesta elástico, dependen del tipo de terreno .
Nota 1: Los valores a asignar a TB, TC, TD y S con cada tipo de suelo y cada tipo (forma) de espectro a utilizar en un
país se pueden consultar en el anexo nacional. Si no se tiene en cuenta la geología profunda [véase punto 3.1.2(1)], se
recomienda escoger uno de los dos tipos de espectros: Tipo 1 o Tipo 2. Si los terremotos que más contribuyen al riesgo
sísmico definido para el lugar, tienen una magnitud de la onda de superficie Ms, no mayor de 5,5, se recomienda adoptar
un espectro del Tipo 2. Para las diferentes clases de terreno A, B, C, D, E, los valores de los parámetros S, TB, TC , TD
están dados en las tablas 3.2 y 3.3, para el espectro Tipo 1 y Tipo 2 respectivamente. La figura 3.2 y la figura 3.3
muestran las formas de los espectros recomendados de Tipo 1 y Tipo 2, respectivamente, normalizados respecto a ag,
para un amortiguamiento del 5%. Espectros diferentes se pueden definir en el anexo nacional, si se tiene en cuenta la
geología profunda.
Tipo de terreno
S
T B (s)
T C (s)
T D (s)
A
B
C
D
E
1,0
1,2
1,15
1,35
1,4
0,15
0,15
0,20
0,20
0,15
0,4
0,5
0,6
0,8
0,15
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
48
NORMATIVA
Capitolo 3
Tabla 3.2-Valores recomendados de los parámetros que describen el espectro de respuesta Tipo 1
Tipo di terreno
S
T B (s)
T C (s)
T D (s)
A
B
C
D
E
1,0
1,35
1,5
1,8
1,6
0,05
0,05
0,10
0,10
0,05
0,25
0,25
0,25
0,30
0,25
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Tabla 3.2-Valores recomendados de los parámetros que describen el espectro de respuesta Tipo2
Figura 3.2- Espectro elástico de respuesta Tipo 1, recomendado para las clases de terreno de A a E (5% de
amortiguamiento)
NORMATIVA
Capitolo 3
49
Figura 3.3- Espectro elástico de respuesta Tipo 2, recomendado para las clases de terreno de A a E (5% de
amortiguamiento)
Nota 2: Para las clases de terreno S1 y S2, los valores de S, TB, TC e TD se deben establecer mediante estudios
especiales.
3. El valor del factor de corrección del amortiguamiento η puede determinarse mediante la
expresión:
10 / 5
0,55
(3.6)
donde:
es el valor de la razón de amortiguamiento viscoso de la estructura expresada en
porcentaje.
4. Si para estudios especiales tiene que considerarse una razón de amortiguamiento viscoso
diferente del 5%, su valor se indicará en las partes del EN 1998 que corresponda.
50
NORMATIVA
Capitolo 3
5. Se podrá obtener el espectro elástico de respuesta del desplazamiento, SD e (T), por
transformación directa del espectro elástico de respuesta de la aceleración, Se (T), usando la
siguiente expresión:
SDe T
Se T
T
2
2
(3.7)
6. Se recomienda que la expresión se aplique para periodos de vibración que no excedan los 4
seg. Para estructuras con periodos de vibración más largos de 4,0 seg., se puede efectuar
una definición más completa del espectro elástico, en términos de desplazamiento.
Espectro elástico de respuesta vertical
1. La componente vertical de la acción sísmica será representada por el espectro elástico de
respuesta, Sv e(T), mediante las expresiones (3.8)-(3.11).
Nota Los valores de TB, TC , TD y av g en cada tipo (forma) de espectro vertical a utilizar en un país se encuentran en el
respectivo anexo nacional. Se recomienda el utilizo de dos tipos de espectros verticales: Tipo 1 y Tipo 2. El criterio de
elección del tipo de espectro es el mismo que en la componente horizontal.
0 T
TB : Sve T
TB
TC
TD
T
T
T
avg
1
TC : Sve T
TD : Sve T
4 s : Sve T
T
TB
3,0 1
avg
avg
ag
3,0
3,0
3,0
TC
T
TC TD
T2
3.8
3.9
3.10
3.11
Espectro
avg /ag
T B(s)
T C(s)
T D(s)
Tipo 1
Tipo 2
0,90
0,45
0,05
0,05
0,15
0,15
1,0
1,0
NORMATIVA
Capitolo 3
51
Tabla 3.4- Valores recomendados para los parámetros que describen el espectro de respuesta elástico vertical
2. Para evitar hacer análisis estructurales inelásticos en la fase de diseño, la capacidad de
disipación de energía de la estructura, esencialmente mediante el comportamiento dúctil de
sus elementos y/o otros mecanismos, se tiene en cuenta con la realización de un análisis
lineal basado en un espectro de respuesta reducido con respecto al elástico, llamado
"espectro de cálculo". Esta reducción se consigue introduciendo q.
3. El factor de comportamiento q representa una aproximación del cociente entre las fuerzas
sísmicas que la estructura experimentaría si su respuesta fuese completamente elástica,
con un amortiguamiento viscoso del 5%, y las fuerzas sísmicas mínimas que mediante un
modelo lineal convencional pueden considerarse en el cálculo. Los valores del factor de
comportamiento q, que tienen en cuenta la influencia de un amortiguamiento diferente del
5%, están dados, para los diferentes materiales y sistemas estructurales según sus
relativas clases de ductilidad, en los apartados del EN 1998. El valor del factor de
comportamiento q puede ser diferente en las direcciones horizontales de la estructura,
aunque la clasificación de ductibilidad debe ser la misma en todas las direcciones.
4.Respecto la componente horizontal de la acción sísmica del espectro de diseño, Sd(T), se
define con las siguientes expresiones:
0 T
TB : Sve T
TB
TC
TD
T
T
2
3
ag S
TC : Sd T
TD : Sd T
T : Sd T
T
TB
2,5
q
ag S
2,5
q
3.14
2,5 TC
q
T
ag
3.15
TC TD
T2
ag
donde:
3.13
2,5
q
avg S
ag S
2
3
3.16
NORMATIVA
Capitolo 3
52
ag, S, TC e TD
se define en el punto 3.2.2.2
Sd(T )
es el espectro de diseño
q
es el factor de comportamiento
β
es el factor del límite inferior para el espectro de diseño horizontal
Nota: El valor de β para un pais se encuentra en el respectivo anexo nacional. El valor recomendado es 0,2.
5. En cuanto la componente vertical de la acción sísmica el espectro de diseño está dado por
las expresiones de (3.13) a (3.16), con la aceleración de proyecto del terreno en dirección
vertical, sustituyendo ag con avg, considerando S igual a 1,0 y con los otros parámetros
como han sido definidos en el punto 3.2.2.3.
6. En general se recomienda adoptar, para la componente vertical de la acción sísmica, un
factor de comportamiento q hasta 1,5 para todos los materiales y estructuras.
7.Se recomienda que la adopción de valores de q mayores que 1,5 en la dirección vertical se
justifique con un análisis adecuado.
8. El espectro de diseño, tal como se ha definido anteriormente, no es suficiente para
proyectar estructuras aisladas en la base o dotadas de sistemas para la disipación de
energía.
3.2.3 Alternative representations of the seismic action
3.2.3.1 Time - history representation
3.2.3.1.1 General
(1)P The seismic motion may also be represented in terms of ground acceleration time-histories and related quantities
(velocity and displacement).
(2)P When a spatial model is required, the seismic motion shall consist of three simultaneously acting accelerograms.
The same accelerogram may not be used simultaneously along both horizontal directions. Simplifications are possible in
accordance with the relevant Parts of EN 1998.
(3) Depending on the nature of the application and on the information actually available, the description of the seismic
motion may be made by using artificial accelerograms (see 3.2.3.1.2) and recorded or simulated accelerograms (see
3.2.3.1.3).
3.2.3.1.2 Artificial accelerograms
NORMATIVA
Capitolo 3
53
1. (1)P Artificial accelerograms shall be generated so as to match the elastic response spectra given in 3.2.2.2 and
3.2.2.3 for 5% viscous damping (ξ = 5%).
2. (2)P The duration of the accelerograms shall be consistent with the magnitude and the other relevant features of the
seismic event underlying the establishment of ag.
3. (3) When site-specific data are not available, the minimum duration Ts of the stationary part of the accelerograms
should be equal to 10 s.
4. (4) The suite of artificial accelerograms should observe the following rules:
a) a minimum of 3 accelerograms should be used;
b) the mean of the zero period spectral response acceleration values (calculated from the individual time histories) should
not be smaller than the value of ag.S for the site in question.
c) in the range of periods between 0,2T1 and 2T1, where T1 is the fundamental period of the structure in the direction
where the accelerogram will be applied; no value of the mean 5% damping elastic spectrum, calculated from all time
histories, should be less than 90% of the corresponding value of the 5% damping elastic response spectrum.
3.2.3.1.3 Recorded or simulated accelerograms
(1)P Recorded accelerograms, or accelerograms generated through a physical simulation of source and travel path
mechanisms, may be used, provided that the samples used are adequately qualified with regard to the seismogenetic
features of the sources and to the soil conditions appropriate to the site, and their values are scaled to the value of ag.S
for the zone under consideration.
(2)P For soil amplification analyses and for dynamic slope stability verifications see EN 1998-5:2004, 2.2.
(3) The suite of recorded or simulated accelerograms to be used should satisfy 3.2.3.1.2(4).
3.2.3.2 Spatial model of the seismic action
(1)P For structures with special characteristics such that the assumption of the same excitation at all support points
cannot reasonably be made, spatial models of the seismic action shall be used (see 3.2.2.1(8)).
(2)P Such spatial models shall be consistent with the elastic response spectra used for the basic definition of the seismic
action in accordance with 3.2.2.2 and 3.2.2.3.
3.2.4 Combinations of the seismic action with other actions
(1)P The design value Ed of the effects of actions in the seismic design situation shall be determined in accordance with
EN 1990:2002, 6.4.3.4.
(2)P The inertial effects of the design seismic action shall be evaluated by taking into account the presence of the
masses associated with all gravity loads appearing in the following combination of actions:
Gk , j ' ' ' '
E ,i
Qk ,i
(3.17)
NORMATIVA
Capitolo 3
54
where:
E,i
is the combination coefficient for variable action i (see 4.2.4).
(3) The combination coefficients ψE,i take into account the likelihood of the loads Qk,i not being present over the entire
structure during the earthquake. These coefficients may also account for a reduced participation of masses in the motion
of the structure due to the non-rigid connection between them.
(4) Values of ψ2,i are given in EN 1990:2002 and values of ψE,i for buildings or other types of structures are given in the
relevant parts of EN 1998.
Seismic bearing capacity of shallow foundations
F.1 General expression. The stability against seismic bearing capacity failure of a shallow strip footing resting on the
surface of homogeneous soil, may be checked with the following expression relating the soil strength, the design action
effects (NEd, VEd,MEd) at the foundation level, and the inertia forces in the soil.
1 eF
N
a
cT
1 mF
V
k k'
1 fF
b
N
N
c
c 'M
1 mF
M
cM
k k'
d
1
0
N
(F.1)
where:
N
Rd N Ed
Nmax
, V
RdVEd
, M
Nmax
Rd M Ed
,
BNmax
(F.2)
Nmax
is the ultimate bearing capacity of the foundation under a vertical centered load, defined in F.2 and F.3;
B
is the foundation width;
F
is the dimensionless soil inertia force defined in F.2 and F.3;
γ Rd
is the model partial factor (values for this parameter are given in F.6).
a, b, c, d, e, f, m, k, k', c T, c M, c'M, β, γ are numerical parameters depending on the type of soil, defined in F.4.
F.2 Purely cohesive soil. For purely cohesive soils or saturated cohesionless soils the ultimate bearing capacity under a
vertical concentric load Nmax is given by
NORMATIVA
N max
2
c
B
M
Capitolo 3
55
(F.3)
where:
c
is the undrained shear strength of soil, cu, for cohesive soil, or the cyclic undrained shear strength,
,
cy ,u
cohesionless soils;
M
is the partial factor for material properties (see 3.1 (3)).
The dimensionless soil inertia force F is given by
ag S B
F
(F.4)
c
ρ is the unit mass of the soil;
ag
is the design ground acceleration on type A ground (ag = γ I agR );
agR is the reference peak ground acceleration on type A ground;
γI
is the importance factor;
S
is the soil factor defined in EN 1998-1:2004, 3.2.2.2.
The following constraints apply to the general bearing capacity expression
0
N
1; V
l
(F.5)
F.3 Purely cohesionless soil. For purely dry cohesionless soils or for saturated cohesionless soils without significant pore
pressure building the ultimate bearing capacity of the foundation under a vertical centered load Nmax is given by
Nmax
av
1
g 1
B 2N
2
g
(F.6)
NORMATIVA
Capitolo 3
56
where
g
av
is the acceleration of gravity;
is the vertical ground acceleration, that may be taken as being equal to 0,5ag S
Nγ
and
is the bearing capacity factor, a function of the design angle of the shearing resistance of soil φ d (which
includes the partial factor for material property γ M of 3.1(3), see E.4).
Note: φ d is the design value of the angle of shearing resistance of soil i.e.
'd
tan
1
tan
'
The dimensionless soil inertia force F is given by:
ag
F
g tan
(F.7)
d
The following constraint applies to the general expression
0
N
1 mF
k'
(F.8)
F4 Numerical parameters. The values of the numerical parameters in the general bearing capacity expression, depending
on the types of soil identified in F.2 and F.3, are given in Table F.1.
Purely cohesive soil Purely cohesionless soil
a
b
c
d
e
f
m
k
k'
cT
0,70
1,29
2,14
1,81
0,21
0,44
0,21
1,22
1,00
2,00
0,92
1,25
0,92
1,25
0,41
0,32
0,96
1,00
0,39
1,14
cM
2,00
1,01
cM'
1,00
1,01
NORMATIVA
β
γ
2,57
1,85
Capitolo 3
57
2,90
2,80
Table F.1 — Values of numerical parameters used in expression (F.1)
F.5 In most common situations F may be taken as being equal to 0 for cohesive soils. For cohesionless soils F may be
neglected if ag·S < 0,1 g (i.e., if ag·S < 0,98 m/s2).
F.6 The model partial factor
Rd
takes the values indicated in Table F.2
Medium-dense Loose dry Loose saturated Non sensitive Sensitive clay
to dense sand
sand
sand
clay
1,00
1,15
1,50
1,00
1,15
Table F.2 — Values of the model partial factor γ Rd
Estabilidad de taludes
Métodos de análisis
La respuesta de los taludes terremoto de proyecto se debe calcular o mediante
métodos aceptados en el análisis dinámico (como elementos finitos o modelos de
bloques rígidos), o bien mediante métodos pseudo-estáticos simplificados, siempre que
la superficie topográfica y el perfil estratigráfico del terreno no presenten irregularidades
muy marcadas.
Se introducen fuerzas de inercia verticales y horizontales aplicadas a cada porción de la
masa de terreno y de posibles fuerzas de gravedad que actúen en la cumbre del talud.
Las fuerzas de inercia sísmicas de proyecto para análisis pseudo-estáticos se debe
asumir como a continuación:
FH = 0,5
S W en dirección horizontal
FV = ± 0,5 FH en dirección vertical if the ratio avg/ag is greater than 0,6,
FV = ± 0,33 FH en dirección vertical if the ratio avg/ag is not greater than 0,6.
Donde:
es el factor de aceleración de proyecto,
58
Capitolo 3
NORMATIVA
S parámetro que caracteriza el tipo de suelo
W es el peso de la masa de terreno sujeta a deslizamiento
Al seleccionar a se debe considerar un factor de amplificación topográfica.
Los métodos pseudo-estáticos no se debe usar en caso de terrenos sujetos a elevadas
presiones intersticiales o a un degrado significativo de la rigidez con carga cíclica. El
incremento de presiones intersticiales se debería estimar mediante pruebas
experimentales. En ausencia de tales pruebas y en fase de diseño preliminar, tal
incremento se puede estimado mediante correlaciones empíricas.
LOADCAP
CAPITOLO
IV
60
Capitolo 4
LOADCAP
Loadcap
Es un software para el cálculo de la carga
última de cimentaciones en terrenos sueltos
y rocosos que permite efectuar el cálculo de
los factores de capacidad portante. Para
cada método de cálculo es posible hacer el
análisis en condiciones drenadas y sin
drenaje.
El programa lleva a cabo además el cálculo
de los asientos elásticos, edométricos,
Schmertmann, Burland y Burbidge, efectúa la
comprobación a Licuefacción con Método de
Seed y Idris (1971).
Módulos opcionales
3D Settlements: cálculo de los asientos con
interferencia tridimensional de las áreas de
carga. Las áreas de carga pueden ser de
forma circular o rectangular. Cálculo de los
asientos diferenciales, gráfico de la línea de
secciones, gráfico de los asientos, gráfico de
las curvas de isoasiento, importación de las
áreas de carga de archivos DXF.
Road Embankments: Análisis y cálculo de
terraplenes de carretera y ferroviarios.
Otras características importantes
Número ilimitado de estratos;
Vista del bulbo tensiones y de las cuñas de
rotura;
Interpretación de los ensayos penetrométricos
dinámicos según: Meyerhof, Sanglerat y Peck
Hanson Thorburn Meyerhof;
Librería de texturas litológicas.
Cálculo de los asientos en un punto cualquiera al
interno o al externo de la cimentación.
Input Datos
Función anular deshacer en multiniveles;
Input numérico en forma tabular;
Input gráfico;
Conversión automática de las unidades de
medida.
Normativa de cálculo
Eurocódigos 7/8
British Codes BS8004
Norme tecniche costruzioni (NTC 2008)
NTC - Circolare 2 Febbraio 2009, n. 617, C.
S.L.LPP.
Métodos de cálculo
Ca rga últ im a e n sue los sue lt os:
Hansen, Vesic, Terzaghi, Meyerhof, EC-8
Ca rga últ im a e n roc a :
Terzaghi, Zienkiewicz
Asie nt os:
Edométricos, Schemertmann, elásticos, Burland
Burbidge, diferenciales
Cá lc ulo de t e nsione s:
Boussinesq,Westergaard;
Com proba c ión de la lic ue fa c c ión:
Seed Idris
Sismo
Análisis pseudo estático con:
Shikhiev & Jakovlev, Paolucci Pecker,Richards,
NTC 2008 Circolare applicativa.
LOADCAP
Capitolo 4
Novedades de esta versión
Para las novedades de esta versión consultar Change Log
4.1. Datos generales
Datos Generales
Permite incluir los datos del proyecto corriente:
Descripción;
Proyectista;
Cliente;
Fecha.
Zona
Escribiendo la localidad en este orden: calle xxxx, ciudad, provincia, país, se especificará
automáticamente el lugar de trabajo. Alternativamente se pueden asignar las coordenadas con el
sistema WGS84 en grados decimales. La zona aparecerá en las impresiones generales y será
utilizada como localización sísmica (véase Fig.4.1.1).
Figura 4.1.1 -Loc a liza c ión de la zona de t ra ba jo
Para poder identificar la zona, el sistema requiere la conexión a internet.
Tipo de terreno
Seleccionar entre terreno suelto o roca, dependiendo del tipo de suelo donde se encuentra la
cimentación.
En el caso de cimentaciones en roca, el programa adecúa automáticamente la ventana datos
sobre la estratigrafía (ej. RQD).
Corrección parámetros
En caso
de suelos predominantemente arenosos, Terzaghi sugiere aplicar una corrección a los
61
62
Capitolo 4
LOADCAP
parámetros geotécnicos de cálculo, o sea reducir la cohesión a 2/3 y la tangente del ángulo de
resistencia al corte a 0,67·tan .
Comentario
Se aconseja aplicar tales correcciones solo con el cálculo M1.
Acción sísmica
Con el fin de estimar los efectos sísmicos, en esta fase es oportuno seleccionar la normativa
sísmica de referencia y los métodos de cálculo a usar.
4.1.1.
Database terrenos
Database terrenos
Este comando permite administrar una base de datos de terrenos a través de una ventana de
diálogo subdividida en tres columnas: en la columna izquierda se presenta la nomenclatura, en la
central los parámetros geotécnicos y en la derecha las imágenes bitmap asociadas con cada
litología.
Nuevo terreno
Para agregar una nueva litología colocarse con un clic sobre Terrenos en la columna izquierda,
activar el menú de selección rápida con la tecla derecha del mouse y seleccionar Nuevo. En la
lista cada litología se identifica con el Código que le haya asignado el usuario (columna central).
Para cada nuevo terreno es necesario introducir los parámetros geotécnicos requeridos según su
clasificación como suelo con cohesión o sin cohesión.
Textura
Para asociar una textura a una litología presente en el database, seleccionar con un clic una
imagen bitmap de las que se muestran en la columna de la derecha y desplazarla, manteniendo
apretado el mouse, hasta Textura. Si en cambio lo que se desea es solo darle un color, colocarse
con el mouse sobre Texturas y seleccionar un color de la paleta que aparece haciendo click.
Eliminar terreno
Para eliminar una litología del database colocarse con un clic sobre la litología que se debe borrar,
activar el menú de selección rápida con el lado derecho del mouse y seleccionar Eliminar.
4.1.2.
Datos sistema de cimentación
Con este comando LoadCap permite definir todos los datos geométricos relativos al
tipos de cimentación seleccionada: zapata corrida, aislada, losa, cimentación circular; a
LOADCAP
Capitolo 4
la presenza de una subcimentación; del perfil del terreno y de la profundidad del nivel
freático .
Zapata corrida
Considera la tipología de cimentación en zapata corrida.
Aislada
Considera la tipología de zapata aislada.
Losas
Considera la tipología losa de cimentación.
Circular
Considera la tipología de cimentación circular.
Longitud cimentación (m)
Longitud de la cimentación en metros (se desactiva cuando la tipología es una cimentación
circular).
Anchura cimentación (m)
Anchura de la cimentación en metros (corresponde al Diámetro si es una cimentación circular).
Base cimentación a la derecha (m)
Amplitud del ala derecha de la cimentación en metros. (se desactiva si es de tipo losa o
cimentación circular).
Base cimentación a la izquierda (m)
Amplitud del ala izquierda de la cimentación en metros. (se desactiva si es de tipo losa o
cimentación circular).
Altura inferior cimentación (m)
Altura de la parte inferior en metros.
Altura superior cimentación (m)
Altura de la parte superior en metros. (se desactiva si la tipología es una losa).
Profundidad plano de cimentación
Profundidad del plano de cimentación en metros.
Altura de empotramiento
Representa la altura del terreno por encima del plano de cimentación considerada en el término
(Nq x gamma x D) de la carga última.
Esta opción es útil cuando hay planos de cimentación situados a algunos metros de profundidad
del plano del terreno, para los cuales la carga última podría asumir valores muy altos.
Inclinación del plano de cimentación
Representa la inclinación del plano de cimentación en grados, positiva cuando es en sentido de
las agujas del reloj.
63
64
Capitolo 4
LOADCAP
LOADCAP
Capitolo 4
Si se selecciona la opción <Altura de empotramiento=Profundidad plano de
cimentación> el programa efectúa el cálculo de la carga última considerando la
profundidad del plano de cimentación introducida en el punto anterior. En caso
contrario, el programa asigna el valor de la altura de empotramiento a la variable D. En
presencia de cimentaciones con plano completa o parcialmente enterrado, la excesiva
profundidad del plano de cimentación puede llevar a valores elevados de la capacidad
de carga debido al valor elevado del término (g·D·Nq), por lo tanto puede ser útil
llevar efectuar el cálculo con la latura de empotramiento, deseleccionando la opción
de arriba, introduciendo el empotramiento efectivo de la cimentación en el terreno.
Subcimentación, Saliente , Altura
Indican respectivamente el saliente y la altura de la subcimentación en metros. También en este
caso se le puede asignar a la estructura, una textura entre las propuestas a la derecha de la
ventana.
Extensión terreno a la izquierda
Insertar la extensión del plano del terreno a la izquierda.
Extensión terreno a la derecha
Insertar la extensión del plano del terreno a la derecha.
Inclinación talud
Representa la inclinación del talud en grados, positiva cuando es en sentido de las agujas del
reloj, respectivamente a la izquierda y a la derecha de la cimentación.
Distancia cimentación talud
Representa la distancia de la cimentación al talud en metros, respectivamente a la izquierda y a la
derecha de la cimentación.
Profundidad nivel freático del PC
Profundidad del nivel freático medida a partir del plano del terreno. Para niveles freáticos que
coinciden con el plano del terreno introducir como profundidad de nivel freático 1 cm.
Seleccionado con un clic las cotas en el gráfico del tipo de cimentación elegida, se
resaltan los campos asociadas a las mismas.
65
Capitolo 4
66
4.1.3.
LOADCAP
Estratigrafía
Muestra una tabla donde se introducen los parámetros geotécnicos de cada estrato y la textura a
asociada al mismo:
N°
Número del estrato. (Se colocan por orden de número)
Nota: Para un correcto funcionamiento del programa los estratos se asignan desde arriba hacia abajo.
DB Terrenos
Muestra un database de terrenos con las respectivas características geotécnicas.
Hs (m)
Altura del estrato en metros.
P.U.V. (Gk)
Peso específico del suelo.
P. E. S. saturado (GkSaturado)
Peso específico del suelo saturado.
Para análisis efectuados en términos de tensiones totales, aún sin nivel freático se debe
indicar el peso específico del suelo saturado.
LOADCAP
Capitolo 4
67
FiK
Parámetros característico de la resistencia al corte del suelo. En presencia de nivel freático se debe
insertar el parámetro eficaz para el análisis en condiciones drenadas, ó cero en condiciones no drenadas.
Cohesión (ck)
Cohesión suelo. En presencia de nivel freático insertar el parámetro eficaz para condiciones con drenaje,
y el parámetro total en condiciones no drenadas.
Cohesión no drenada (CUk)
Indicar el parámetro total de la cohesión del suelo para análisis en condiciones no drenadas.
Módulo Elástico
Módulo de elasticidad o de Young del terreno. Este parámetro es necesario para calcular los asientos de
Schmertmann, si no se inserta tal valor los asientos se calculan con el método edométrico (ovviamente
debe estar indicado el valor del módulo edométrico). En presencia del módulo de Young y del módulo
Edométrico se da preferencia a éste último y los asientos calculados son edométricos.
Módulo Edométrico
Módulo de deformación obtenido de ensayos edométricos (condiciones de expansión lateral impedida).
Este parámetro es necesario para estimar los asientos con el módulo edométrico. Si se asigna el Módulo
de Young y no el Edométrico, los asientos se calculan con el método de Schmertmann.
Datos adicionales
Activa una ventana de diálogo donde se piden otros datos necesarios para estimar los asientos en los
terrenos con cohesión y los asientos post sísmicos.
Cs (Coe fic ie nt e de c onsolida c ión se c unda ria ): parámetro obtenido del ramo de consolidación secundaria
de un ensayo edométrico; su valor es necesario para estimar del asiento de naturaleza viscosa.
Cv (Coe fic ie nt e de c onsolida c ión v e rt ic a l prim a ria ): parámetro necesario para estimar los asientos en el
tiempo con el método monodimensional de Terzaghi.
LOADCAP
Capitolo 4
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Los parámetros RR y CR son necesarios en el caso de que non se haga referencia la módulo edométrico.
Para evaluar los asientos post sísm ic os es necesario especificar el índice de los vacíos, el índice de
plasticidad, el módulo de corte estático, el índice de compresión y el coeficiente experimental alfa.
Texturas
Colocándose en esta celda y haciendo clic con el lado derecho del mouse, se muestran las opciones de
selección rápida, entre las cuales
Color
Est ra t o. Seleccionando esta
opción se
se
le
da
al
correspondiente estrato un color de los presentes en la paleta de colores . Para insertar las texturas
seleccionar con un clic la imagen bitmap deseada entre las propuestas en Con cohesión, Sin cohesión,
Rocas y Otros; teniendo apretado el mouse, arrastrar la textura en la celda Texture. Para personalizar
las texturas se propone un editor de texturas que se abre haciendo con doble clic (o lado derecho del
mouse) sobre una de las ya existentes: el editor de bitmap permite modificar las ya existentes o crear
nuevas para guardarlas con nombre.
Descripción
En esta celda el usuario puede escribir un texto para describir la litología correspondiente.
Si en datos generales se ha seleccionado t ipo de t e rre no roc a, entonces en la tabla
estratigrafía
se
requerirá,
para
cada
estrato,
el parámetro
RQD (Rock
Quality
Designation). Asignar un valor comprendido entre 0 y 1.
LOADCAP
Capitolo 4
69
Nspt - Liquefacción
En presencia de terrenos constituidos por arenas sueltas bajo nivel freático, incluso si contienen una
fracción fina limo-arcillosa, se debe verificar la susceptibilidad a licuefacción con uno de los métodos
generalmente adoptados en ingeniería geotécnica. En tal aplicación se aplica la metodología propuesta
por el CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche/Consejo Nacional de las Investigaciones) y aconsejada por
el GNDT (Gruppo Nazionale di Difesa dai Terremoti/Grupo Nacional de Defensa contra los Terremotos).
Clay Fraction %
Porcentaje de fracción fina limo-arcillosa.
Nspt
Número promedio de golpes en el estrato obtenido con un ensayo SPT.
Los datos insertados en la tabla descrita valen también para el cálculo de los asientos
con el Método de Burland y Burbidge..
Comportamiento geotécnico
Indicar si el estrato es con o sin cohesión.
Inclinación estrato
Indicar la inclinación del estrato.
Coeficiente de Poisson
Coeficiente de Poisson del estrato. Este valor es indispensable para el cálculo de los incrementos de
tensiones debajo de la cimentación con el método de Westergaard.
70
Capitolo 4
LOADCAP
Verificación al deslizamiento - Colapso por desplazamiento
En conformidad con los criterios del proyecto sobre el estado límite último, la estabilidad se debe
verificar con respecto al colapso por desplazamiento y con respecto a la la rotura general. En relación al
colapso por desplazamiento, la resistencia se calcula como la suma de un factor debido a la adhesión y
otro debido al rozamiento cimentación-terreno. La resistencia lateral que deriva del empuje pasivo del
terreno se puede considerar de acuerdo al porcentaje que indique el usuario.
Adhesión terreno cimentación
Insertar el valor de la adhesión en la unida de medida indicada.
Rozamiento terreno cimentación
Insertar el valor del ángulo de resistencia la corte en grados en la base de la cimentación aislada.
Fracción empuje pasivo
Indicar el porcentaje de empuje pasivo a considerare en la verificación de colapso por desplazamiento.
Si no se introducen los datos indicados en la columna Cola pso por de spla za m ie nt o, el
software asumirá automáticamente los datos geotécnicos del estrato en el que se apoya
la cimentación.
Advertencia
Para la verificación al deslizamiento es necesario insertar las acciones verticales y
horizontales con el comando Ca rga s.
4.1.4.
Administración ensayos
Loadcap está en interfaz con los software de elaboración de ensayos penetrométricos y de creación de
columnas estratigráficas Dynamic Probing, Static Probing, Stratigrapher, MP, etc., producidos por
GeoStru Software.
Para importar una estratigrafía construida con estos programas seleccionar el comando Administración
LOADCAP
Capitolo 4
71
ensayos del menú Estratigrafía terreno.
Con la importación de la estratigrafía se asignan también las características
geotécnicas de los estratos en la unidad de medida corriente.
4.1.5.
Input gráfico
Introducir estrato
Para introducir gráficamente un estrato seleccionar el comando, colocarse con el mouse sobre la
estratigrafía por debajo de la cimentación y hacer clic. Se mostrará una ventana donde se
propone la cota correspondiente al lugar del clic.
Modificar espesor
Para modificar gráficamente el espesor de un estrato seleccionar el comando, colocarse con el
mouse sobre la estratigrafía y hacer clic. Se mostrará una ventana donde se puede introducir la
nueva profundidad del estrato.
Asignar terreno
Para asignar gráficamente los parámetros geotécnicos de un estrato seleccionar el comando,
colocarse con el cursor sobre el estrato y después de hacer clic elegir una de las litologías del
database.
Los terrenos presentes en la lista son parte del database terrenos.
Eliminar estrato
Para eliminar gráficamente un estrato seleccionar el comando, colocarse con el mouse sobre el
estrato que se debe borrar y hacer clic.
4.1.6.
Cargas
Las cargas sobre la cimentación se diferencian entre c a rga s de proy e c t o o de se rv ic io. Ambos tipos se
deben introducir respetando las convenciones indicadas en la fig. 4.1.6.1
Las c a rga s de proy e c t o se usan para estimar la carga última. Los valores a introducir son de proyecto
por lo tanto tendrán que ser asignados en caso de que se realice una comprobación al estado límite
último y comprenden los coeficientes de amplificación de las acciones.
72
LOADCAP
Capitolo 4
Las c a rga s de se rv ic io se usan para el cálculo de los asientos. Se pueden asignar al mismo tiempo varias
combinaciones de carga de proyecto y de servicio para efectuar el cálculo según la normativa.
El tipo de carga, proyecto o servicio, se selecciona en la última columna (Tipo).
En lugar de las cargas se puede asignar la presión normal de proyecto.
Figura 4.1.6.1- Conv e nc ión de l signo de la s solic it a c ione s
Los botones "Generar combinación" y "Asignar cargas" que aparecen en esta ventana activan,
respectivamente, el número y el tipo de combinaciones a adoptar según la norma a seguir seleccionada y
un valor orientativo de la presión normal de proyecto, en caso de que este valor no esté disponible.
Advertencia:
LoadCap no calcula el peso de la cimentación
Cálculo automático de las presiones sobre el terreno
LoadCap, una vez que se han indicado los componentes N, Mx, My, calcula en automático la presión que
la cimentación transmite al terreno.
Cálculo online del esfuerzo normal
Haciendo clic con el lado derecho del ratón sobre la tabla de las cargas, se puede importar el
esfuerzo normal calculado con el software on line Com bina zioni de lle a zioni.
LOADCAP
Capitolo 4
73
El texto importado de GeoStru Combinazioni Online se estructura así:
unit : xx
A1+M 1+R1: xxxx
A2+M 2+R2: xxxx
SLV sism o: xxx
SLE c a si pe rm a ne nt e (a sie nt os a la rgo pla zo): xxxxx
SLD sism o: xxx
SLO sism o: xxxx
SLC sism o: xxxx
SLE ra ro: xxxxx
SLE fre c ue nt e (a sie nt os inm e dia t os): xxxx
Con estas combinaciones el software calcula la presión normal de proyecto a utilizar en el
cálculo de la carga última (seleccionando la opción proyecto) o en los asientos
(seleccionando la opción servicio).
4.1.7.
Cargas repartidas
Son las cargas adicionales que se pueden asignar a la derecha y a la izquierda de la cimentación
para tener en cuenta las sobrecargas adyacentes a la cimentación (por ejemplo construcciones
contiguas). El efecto se considera solo como incremento de tensiones en el subsuelo para el
74
LOADCAP
Capitolo 4
cálculo de los asientos y de la interferencia de los bulbos.
4.2. Carga última
Para el cálculo de la carga última se puede elegir entre varios autores:
M é t odo de Ha nse n
Seleccionar esta opción
para calcular la carga última con el método de Hansen (terrenos sin
cohesión).
M é t odo de T e rza ghi
para calcular la carga última con el método de Terzaghi (terrenos sin
cohesión).
M é t odo de M e y e rhof
para calcular la carga última con el método de Meyerhof (terrenos sin
cohesión).
M é t odo de V e sic
Seleccionar esta opción para calcular la carga última con el método de Vesic (terrenos sin cohesión).
M é t odo EC-8
Seleccionando esta opción se efectúa el cálculo de la carga última según las directrices del Eurocódigo
7 (sobre geotécnica) y del Eurocódigo 8 (sobre sísmica).
M é t odo de T e rza ghi sobre roc a
para calcular la carga última con el método de Terzaghi para las
cimentaciones sobre roca.
M é t odo de Z ie nkie w ic z sobre roc a
para calcular la carga última con el método de Zienkiewicz para las
cimentaciones sobre roca.
Carga última
La carga última vertical y horizontal se calcula para cada combinación de proyecto.
Con el menú opciones de análisis, en la ventana de cálculo de la carga última, se puede
seleccionar el tipo de análisis a efectuar:
Condición drenada: Seleccionar esta opción si se desea estimar la carga última de la
cimentación en condiciones drenadas (parámetros eficaces).
Condición sin drenaje: Seleccionar esta opción si se desea estimar la carga última de la
LOADCAP
Capitolo 4
cimentación en condiciones sin drenaje (parámetros totales).
Cálculo según el promedio ponderado de las estratificaciones: Seleccionar esta opción si se
desea estimar la carga última de la cimentación considerando como parámetros geotécnicos
aquellos obtenidos con el promedio ponderado de los parámetros de los estratos individuales; en
caso contrario se tomarán en consideración únicamente los parámetros de la capa de apoyo de la
cimentación (Método Clásico).
Con cada combinación es posible reducir los parámetros característicos del terreno según los
coeficientes de reducción establecidos y efectuar las Correcciones sísmicas de acuerdo con los
enfoques de proyectos seleccionados.
Para evaluar los efectos sísmicos sobre la capacidad de carga se proponen aceleraciones sísmicas
máximas al suelo relativas a las diferentes zonas en las cuales se divide el territorio. El valor del
coeficiente sísmico horizontal se calcula automáticamente en función de la zona sísmica y del
perfil estratigráfico, pero se puede escribir también un valor indicado por el usuario.
Loadcap reconoce automáticamente la peor combinación de cálculo y la selecciona
con el símbolo *.
Cálculo Ks
Para el cálculo del coeficiente de balasto ks el programa propone la fórmula adoptada por Bowles.
Verificación al deslizamiento - Colapso por desplazamiento
Ver también: Características estratos y Referencias teóricas.
4.2.1.
Módulo terraplenes
Con este programa auxiliar se puede calcular el asiento de los terraplenes con el método
edométrico. Véase fig. 4.2.1.1.1
Pre sión im pue st a sobre e l t e rra plé n: son las cargas agentes en el mismo, "carreteras, etc."
Definir plano cimentación desmonte: Profundidad de la cimentación.
El programa calculará automáticamente e l a um e nt o ne t o e n e l pla no de c im e nt a c ión.
Dist a nc ia e je s - IV Punt o: Los asientos se calculan en Eje, Centro, Pie y en un punto establecido
por el usuario, en el cual se escribe, a propósito, la "Distancia eje - IV Punto"
75
76
LOADCAP
Capitolo 4
Como datos de input de la estratigrafía se debe asignar: El m ódulo e dom é t ric o y el gra do de
sobre c onsolida c ión.
Fig. 4.2.1.1.1 V e nt a na M ódulo t e rra ple ne s
Véase:Referencias teóricas.
4.3. Asientos
4.3.1.
Asientos edom. -Schmertmann
Efectúa y muestra el cálculo de los asientos según dos enfoques: edométrico y de Schmertmann.
El primero lo usa automáticamente el programa cuando el usuario introduce el módulo edométrico
de los estratos y, para el cálculo del asiento secundario, el coeficiente de consolidación
secundaria Cs. El segundo se usa cuando faltan los parámetros anteriores (Ed, Cs) y se cuenta
con el módulo de deformación elástica E.
La pantalla muestra el plano de la cimentación resaltando la línea central (línea roja punteada) y
el punto donde se aplica la carga (punto rojo). Haciendo clic y manteniendo pulsado el botón se
puede pasar sobre el área de influencia y conocer el asiento total: lo anterior se muestra en la
barra azul de la ventana activa.
LOADCAP
Capitolo 4
El decurso del asiento total en el tiempo y el porcentaje de asiento a t días después de la
aplicación de la carga aparece, estrato por estrato, en la tabla.
Nótese que para una valoración correcta de las asientos, los estratos de terreno
compresibles deberán tener un espesor reducido (< 2.00 m), por lo tanto cuando
hayan estratos de terreno de espesor elevado es preferible que el usuario haga una
subdivisión de los mismos en estratos más pequeños manteniendo las características
geotécnicas del estrato original y cambiando solo el N° de los estratos y su espesor.
Véase también:
Características estratos, Asientos Elásticos, Asientos de Burland y Burbidge, Para
la teoría sobre este argumento consultar las Referencias teóricas
4.3.2.
Asientos elásticos
El cálculo de los asientos elásticos ( inm e dia t os) en el borde y el centro de la cimentación se
calculan con una ecuación basada en la teoría de la elasticidad de T im oshe nko y Goodie r (1951).
Para la teoría sobre este argumento consultar las Referencias teóricas.
4.3.3.
Asientos Burland & Burbidge
Cálculo de los asientos con el método de Burland y Burbidge (terrenos de grano grueso), con los
diferentes factores de corrección. Para cada estrato se presenta el valor de Nspt promedio
definido en la ventana de la estratigrafía. Dicho valor se puede modificar
4.3.4.
Se determina el FS a la licuefacción, la tensión eficaz, la deformación vertical, el asiento post
sísmico y el incremento de la presión neutra.
77
78
Capitolo 4
LOADCAP
Advertencia
Es necesario indicar antes los Datos adicionales para el cálculo de los asientos post
sísmicos en la ventana Características estratos.
4.3.5.
Comprobación de la licuefacción
Para cada estrato se muestra la comprobación de la licuefacción con el método propuesto por el
CNR y sugerido por el GNDT. La verificación se efectúa solo en presencia de aceleraciones
sísmicas y terrenos sin cohesión con nivel freático. Método del C.N.R. - GNDT - Da Seed e Idriss
Véase Características estratos.
4.3.6.
En esta ventana es posible calcular los asientos diferenciales asignando las "Áreas
estratigráficas" y las "Áreas de carga".
A cada área estratigráfica se le puede asignar una misma estratigrafía, cuyas características se
especifican en el menú Estratigrafía terreno del programa principal.
En la sección "Áreas" del menú de la derecha se crean sobretodo las "Áreas estratigráficas".
A cada una de ellas se asigna una "De sc ripc ión"; la posición en el plano con las coordenadas "x", "
y " e "z"; la base "B" y la longitud "L"; un "Color" y la propia estratigrafía.
Para las "Áreas de carga" se asigna la "De sc ripc ión", la posición, la base "B", longitud "L", la
altura "H" y el tipo "T ", el "Color" y la "Ca rga". La opción "T " permite especificar el uso de una
carga cilíndrica asignando "0" o rectangular "1".
Para insertar correctamente los datos es necesario utilizar ";" como separador al interior de la
casilla, tal y como se sugiere en el encabezado de la tabla.
En la sección "Impostaciones" del menú lateral se asignan los parámetros a utilizar para el
análisis y la síntesis de datos. Aquí se puede fijar el espaciado de construcción de la mesh, ya sea
a lo largo de la abscisa x que en la coordenada y , la densidad de las curvas de isoasiento, las
dimensiones de lo textos. Es posible además elegir si ver o no el valor del asiento y las curvas de
isoasiento. El factor de escala de las texturas y del asiento permiten mejorar la vista de los
LOADCAP
Capitolo 4
resultados.
En la sección "Análisis" del menú lateral se generan los resultados que aparecerán en el gráfico
junto con la mesh utilizada. Moviéndose con el mouse por el diseño se presenta el valor del
asiento del terreno según donde se encuentre el cursor.
Una vez efectuado el análisis, se puede crear una sección en correspondencia con la línea de
puntos roja, la cual se puede adaptar según sea necesario utilizando el mouse o bien impostando
los valores textuales del menú.
La opción "Ver tabla" muestra los valores de los asientos en correspondencia con las distancias
para la sección calculada.
La sección, junto con la tabla, se puede ser desplazar con el mouse en el diseño.
Con el menú en alto es posible obtener una vista sólida del trabajo en 3D utilizando el comando "
Rendering".
El comando “Girar” permite mover el diseño en el espacio, mientras que con el comando “
Contorno 3D” se obtiene la visión de los contornos del proyecto, de los asientos y de la mesh in
3D. La opción 2D vuelve a la vista plana.
Importación de archivos externos
Para efectuar el análisis de asientos diferenciales en archivos importados de otros programas es
suficiente preparar un archivo como el indicado en la figura 4.2.2.6.1
79
80
Capitolo 4
LOADCAP
Tabla 4.2.2.6.1.- Eje m plo de a rc hiv os de im port a c ión posible s
El archivo creado se debe salvar en formato TXT o CSV, con los valores separados por tabulación.
Los ejemplos de la figura se encuentran en la carpeta LoadCap.
Para importar el archivo usar el lado derecho del ratón en las tablas datos.
Importar DXF
El archivo dxf debe estar formado por rectángulos, los cuales se deben dibujar en los siguientes layer:
LOADCAP
Capitolo 4
81
LAY1 para las áreas estratigráficas LAY2 área de carga. En la carpeta del programa se encuentra un
archivo DXF como ejemplo de importación.
4.4. Gráficos
Diagrama tensiones
Muestra un diagrama donde se ven las variaciones de las tensiones en el subsuelo, calculadas al
centro de la cimentación, en función de la profundidad z, con la teoría de Boussine sq o de
We st e rga a rd (según la selección efectuada en Bulbo tensiones).
Parámetros gráficos
Permite modificar los parámetros de los gráficos de output ( c a rga últ im a -ba se de la c im e nt a c ión,
c a rga últ im a -profundida d de l pla no de c im e nt a c ión), seleccionar el autor para el cálculo de las
tensiones en el subsuelo, intervenir, con la opción de variación de longitud de la cimentación, en
la tabla Informe diagramas.
Ejemplo: modificando el intervalo de la profundidad del plano cimentación se modifica la escala de
representación en el eje x del gráfico (Q, D).
Informe diagramas
Muestra una tabla con los diferentes valores de la carga admisible en función de la profundidad
del plano de cimentación D y de la anchura B, para cada longitud L seleccionada de entre las que
se proponen. La tabla se reconstruye con base en los parámetros generales de los gráficos
asignados en el menú.
Gráfico Carga última-Profundidad (Q-D)
Muestra un diagrama donde se ven las variaciones de la carga última calculada con los métodos
elegidos en función de la profundidad del plano de cimentación D. Para cada conjunto de valores
de la base B y de la longitud L se construye un diagrama, que se puede copiar y/o imprimir usando
el menú Edición y que también se puede exportar (menú Exportar). Cada uno de estos comandos
se puede también seleccionar apretando la parte derecha del mouse.
Gráfico Carga última-Base (Q-B)
Muestra un diagrama donde se ven las variaciones de la carga última calculada con los métodos
elegidos en función de la anchura de la cimentación B. Para cada conjunto de valores del plano de
cimentación D y de la longitud L se construye un diagrama, que se puede copiar y/o imprimir
(menú Edición) o exportarlo (menú Exportar). Cada uno de estos comandos se puede también
seleccionar apretando la parte derecha del mouse.
82
Capitolo 4
LOADCAP
4.5. Vista
Gestión leyendas
Permite personalizar la leyenda de los estratos (Parámetros del estrato a incluir, posición).
Cuñas de rotura
Muestra en el área de trabajo las zonas de rotura activa, pasiva y de transición.
Bulbo tensiones
Muestra en el área de trabajo los bulbos de las tensiones, o sea las variaciones con la
profundidad de la razón q/q0, donde q es la presión inducida por la carga aplicada q0 en el plano
de la cimentación. El incremento de tensiones por debajo de la cimentación se puede calcular con
el método de Boussinesq o con el de Westergaard.
Construcción bulbo tensiones
Presión normal de proyecto
Presión normal de proyecto para el cálculo de las tensiones.
Longitud cimentación
Corresponde a la sección de la cimentación respecto a la cual se representa el bulbo. Por
ejemplo, si se indica el 50% el bulbo aparece en el centro y por lo tanto los valores de
tensión se refieren a la sección central de la viga.
Intervalo construcción malla en x y espaciado
Amplitud, en el eje de las abscisas, de la malla necesaria para la construcción del bulbo de
tensiones. El espaciado representa la amplitud de las celdas.
Intervalo construcción malla en y
Amplitud, en el eje de las ordenadas, de la malla necesaria para la construcción del bulbo
de tensiones.
Mesh
Muestra en la hoja de trabajo la malla con celdas triangulares para la construcción de las variaciones del
estado tensional por debajo del plano de cimentación.
Mapa colores tensiones
Muestra los bulbos de tensiones en forma de áreas coloradas.
LOADCAP
Capitolo 4
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4.6. Exportar
Opciones
Permite asignar la posición de las texturas, establecer los parámetros de la hoja de trabajo, las salidas en
formato texto (márgenes de la página, tablas, seleccionar si incluir o no las referencias teóricas en el
informe). Además se puede seleccionar el sistema de medida de trabajo (S.I. o Técnico) e indicar los
datos de la sociedad.
Exportar en formato RTF
Exporta el informe. Se puede elegir si incluir o no la teoría y si se desea que las tablas tengan borde.
Exportar en Dxf
Reproduce el diseño del área de trabajo (cimentación, estratos, leyendas, cotas, etc.)
Exportar Bitmap
Crea y guarda una imagen del área de trabajo.
Exportar en GFAS y Exportar en Slope
Prepara los archivos para poder importarlos desde GFAS (Calculador con elementos finitos para mecánica
de suelos) y Slope (software para el análisis de estabilidad de taludes en terrenos sueltos y rocosos),
ambos producidos por GeoStru Software.
4.7. Referencias Teóricas
La carga última de una cimentación superficial se puede definir como el valor máximo de la carga
con el cual en ningún punto del subsuelo se alcanza la condición de rotura ( m é t odo de F rolic h),
o también como aquel valor de carga, mayor que el anterior, con el cual el fenómeno de rotura
se extiende a un amplio volumen del suelo (método de Prandtl y sucesivos).
Observaciones experimentales han demostrado que la rotura se puede dar por medio de tres
mecanismos (véase Fig. 4.5.1):
La rot ura ge ne ra l que se caracteriza por la formación de superficies de deslizamiento bien
definidas. Parte desde la cimentación hasta el plano del terreno y hace que el terreno presente
levantamientos a los lados de la cimentación.
La rot ura por punzona m ie nt o, con la cual el hundimiento de la cimentación se debe a la
formación de planos de corte verticales, a lo largo del perímetro, sin generar superficies de
84
LOADCAP
Capitolo 4
deslizamiento.
La rot ura loc a l corresponde siempre a la formación de una clara superficie de deslizamiento bajo
la cimentación que sin embargo se dispersa en el suelo adyacente. Se nota una modesta
tendencia al levantamiento del terreno.
Figura 4.5.1- T ipos de rot ura de l t e rre no
Las soluciones disponibles para el cálculo de la carga última se basan en el supuesto de un
comportamiento rígido-plástico del suelo y rigurosamente, por lo tanto, se pueden aplicar solo al
caso de rotura general.
Se puede demostrar que la carga última de un terreno es la suma de tres factores: peso del
terreno ', sobrecarga q' y cohesión c '. Las soluciones con las que actualmente se cuenta se
obtienen de la superposición de problemas individuales independientes.
LOADCAP
Capitolo 4
Pra ndt l (1921) ha estudiado el problema de la rotura de un semiespacio elástico por efecto de
una carga aplicada en su superficie con referencia al acero, caracterizando la resistencia a la
rotura con una ley del tipo:
c'
' tg '
(11)
válida también para suelos.
Las hipótesis y las condiciones dictadas por Prandtl son las siguientes:
Comportamiento rígido - plástico
Resistencia a la rotura del material expresada con la relación (1-1)
Carga uniforme, vertical y aplicada en una franja de longitud infinita y de ancho 2b (estado
de deformación plana)
Tensiones tangenciales iguales a cero al contacto entre la franja de carga y la superficie
límite del semiespacio.
Ausencia de sobrecarga en los bordes de la cimentación (q'=0)
En el acto de la rotura se verifica la plasticidad del material contenido entre la superficie límite
del semiespacio y la superficie GFBCD. (véase Fig. 4.5.2)
En el triángulo AEB la rotura se da según dos familias de segmentos rectilíneos e inclinados en
45°+ /2 con respecto al horizontal.
En las zonas ABF y EBC la rotura se produce a lo largo de dos familias de líneas, una constituida
por segmentos rectilíneos que pasan respectivamente por los puntos A y E y la otra por arcos
de familias de espirales logarítmicas. Los polos de éstas son los puntos A y E.
En los triángulos AFG y ECD la rotura se da en segmentos inclinados en (45°+ /2) con respecto
a la vertical.
85
86
LOADCAP
Capitolo 4
Figura 4.5.2- Soluc ión de Pra ndl
Identificado el volumen de terreno que experimenta rotura con la carga última, esta se puede
calcular escribiendo la condición de equilibrio entre fuerzas agentes en cualquier volumen de
terreno delimitado bajo cualquiera de las superficies de deslizamiento. Se llega a la solución
exacta que se exprime por medio de la ecuación:
qlim
c'
B
donde el coeficiente B depende solo del ángulo de rozamiento
' del terreno. Para
'? 0 el factor
B= 5,14.
En el caso particular de terreno sin cohesión (c'=0, '? 0) resulta q'=0. Según la teoría de Prandtl,
no sería entonces posible aplicar ninguna carga en la superficie límite de un terreno incoherente.
Si bie n no
se
pue de
a plic a r
prá c t ic a m e nt e , e n e st a
t e oría
se
ha n ba sa do
t oda s
la s
inv e st iga c ione s y los m é t odos de c á lc ulo suc e siv os.
En efecto Caquot se puso en las mismas condiciones de Prandtl, a excepción del hecho que la
franja de carga no se aplica sobre la superficie límite del semiespacio, sino a una profundidad h,
con h
2b; el terreno comprendido entre la superficie y la profundidad h tiene las siguientes
características: '=0,
'? 0, c'=0 es decir un medio dotado de peso pero sin resistencia.
Resolviendo las ecuaciones de equilibrio se llega a la expresión:
qlim
A x ' B xc '
que de seguro es un paso adelante con respecto a Prandtl, pero que aún no refleja la realidad.
Terzaghi (1955)
Terzaghi, prosiguiendo el estudio de Caquot, ha aportado algunos cambios para tener en cuenta las
características del conjunto obra de cimentación - terreno.
Bajo la acción de la carga transmitida por la cimentación, el terreno que está en contacto con
esta última tiende a retirarse lateralmente, pero se lo impiden las resistencias tangenciales que
se producen entre la cimentación y el terreno; lo que implica un cambio del estado tensional en
el terreno que se encuentra directamente bajo la cimentación. Para tenerlo en cuenta, Terzaghi
asigna a los lados AB y EB de la cuña de Prandtl una inclinación
respecto a la horizontal,
LOADCAP
seleccionando el valor de
Capitolo 4
en función de las características mecánicas del terreno al contacto
terreno-cimentación.
De esta manera se supera la hipótesis ' =0 para el terreno bajo la cimentación admitiendo que las
superficies de rotura quedan inalteradas, la expresión de la carga última entonces es:
qlim
A
' h
B
c' C
' b
donde:
C es un coeficiente que resulta función del ángulo de rozamiento interno
el nivel de cimentación y del ángulo
del terreno bajo
antes definido;
b es la semianchura de la franja.
Además, basándose en datos experimentales, Terzaghi pasa del problema plano al problema
espacial introduciendo algunos factores de forma.
Terzaghi aportó otra contribución sobre el comportamiento efectivo del terreno.
En el método de Prandtl se supone un comportamiento del suelo rígido-plástico, mientras que
Terzaghi supone este comportamiento en suelos muy compactos.
En estos, de hecho, la curva cargas-asientos presenta un primer tramo rectilíneo, seguido por un
breve tramo curvilíneo (comportamiento elastoplástico); la rotura es instantánea y el valor de la
carga límite se determina claramente (rotura general).
En un terreno muy suelto en cambio, la razón cargas-asientos presenta un tramo curvilíneo
acentuado ya desde las cargas más bajas por efecto de una rotura progresiva del terreno (rotura
local). Como consecuencia la identificación de la carga última no es tan clara y evidente como en
el caso de los terrenos compactos.
Para los terrenos muy sueltos, Terzaghi aconseja, al calcular la carga última, tener en
consideración el valor calculado con la fórmula anterior pero introduciendo valores reducidos de
las características mecánicas del terreno, precisamente:
tg ' r id
23
tg '
c' r id
23
c'
Haciendo explícitos los coeficientes de la fórmula anterior, la fórmula de Terzaghi se puede
escribir así:
qu lt
c
Nc
sc
D
Nq
0.5
B
N
s
87
LOADCAP
Capitolo 4
88
donde:
Nq
a2
2 cos2 45
'2
a
e 0.75
' 2 tan '
Nc
Nq
N
kp
tan '
2
cos2 '
1 cot '
1
Tipo de cimentación:
Sc
S
Corrida
1.0
Circular
1.3
Cuadrada
1.3
1.0
0.6
0.8
Meyerhof (1963)
Meyerhof propuso una fórmula para calcular la carga última parecida a la de Terzaghi. Las diferencias
consisten en la introducción de nuevos coeficientes de forma.
Introdujo un coeficiente sq' multiplica el factor Nq, factores de profundidad di y ii pendencia, para el
caso en que la carga trasmitida a la cimentación sea inclinada en la vertical.
Los valores de los coeficientes N se obtuvieron de Meyerhof suponiendo varios arcos de prueba BF (v.
mecanismo Prandtl), mientras que el corte a lo largo de los planos AF tenía valores aproximados. Los
factores de N se presentan en la Tabla 4.5.1.
Carga vertical
qult
Carga inclinada
Nq
e tan tan2 45
Nc
Nq
1 cot
N
Nq
1 tan 1.4
qult
c ' N c ' sc ' d c '
c' N c ' ic ' d c '
' D N q ' sq ' d q '
' D N q ' iq ' d q '
0.5
0.5
' B N
s
'
' B N
'
d
'
i
'
d
'
'
2
LOADCAP
Factores de
Capitolo 4
Valor
Para
Forma
sc
1 0. 2 k p
sq
s
sq
Profundidad
s
=0
dc
1 0.2 k p
dq
d
dq
d
ic
i
D
B
1 0.1 k p
cualquier j
>10
D
B
1
=0
2
1
cualquier j
90
donde :
tan 2 45
>10
B
L
1
Inclinación
kp
cualquier j
B
L
1 0.1 k p
89
>10
2
2
i
1
=inclinación de la risultante
en la vertical
i
=0
0
Tabla 4.5.1- F a c t ore s de form a , profundida d e inc lina c ión de la fórm ula de M e y e rhof
Hansen (1970)
Es una extensión ulterior de la fórmula de Meyerhof; las extensiones consisten en la introducción de bi
que considera la eventual inclinación en la horizontal del nivel de cimentación y un factor gi para terreno
en pendencia.
La fórmula de Hansen vale para cualquier razón D/B, ya sean cimentaciones superficiales o profundas;
sin embargo
el
mismo
autor
introdujo
algunos
coeficientes
para
poder
interpretar
mejor
el
comportamiento real de la cimentación (véase tabla 4.5.2); sin estos, de hecho, se tendría un aumento
demasiado fuerte de la carga última con la profundidad.
90
Capitolo 4
LOADCAP
LOADCAP
Factores de
forma
sc'
0.2
1
sc
Factores de
profundidad
B
L
d 'c 1 0.4k
Nq B
Nc L
dc
dq
s * * *c
1
sq
D
B
k
k
i c'
0 .5 0 .5 1
ic
iq
iq
B
tan
L
i*
1
d
B
L
se
i **
D
B
H
Af ca
1 iq
1
gc
0.5H
Af ca cot
V
1
1
V
Factores de
inclinación
del terreno
g c'
Nq 1
k
1
1 0 .4
s
Factores de
inclinación de la carga
1 0.4k
1 2 tan 1 sin
Capitolo 4
5
0.7H
Af ca cot
0. 7
450 H
V Af ca cot
gq
Factores de
inclinación
del plano de apoyo
de la cimentación
bc'
147
1
g
91
147
147
1 0.5 tan
5
bc
1
bq
exp 2 tan
147
5
5
1
D
tan 1 (rad ) se
B
D
B
1
las expresiones con exponentes (') valen
cuando =0.
Af = área efectiva de la cimentación (B'x
*
η=0
** η>0
*** zapatas corridas
L')
D profundidad de la cimentación en el
terreno a utilizarse con B y no B'.
c a es la adherencia a la base, igual a la
cohesión o a una fracción propia.
Tabla 4.5.2- F a c t ore s propue st os por Ha nse n pa ra e l c á lc ulo de q lim
D/B
d'c
0
0
1
0.40
1.1
0.33
2
0.44
5
0.55
10
0.59
20
0.61
100
0.62
Vesic (1975)
La fórmula de Vesic es análoga a la fórmula de Hansen, con Nq y Nc como en la fórmula de Meyerhof y
LOADCAP
Capitolo 4
92
Ng como se indica a continuación:
N
2 Nq
1 tan
Los factores de forma y de profundidad que aparecen en las fórmulas del cálculo de la capacidad
portante son iguales a los propuestos por Hansen; mientras se dan algunas diferencias en los
factores de inclinación de la carga, del terreno ( c im e nt a c ión e n t a lud) y del plano de
cimentación ( ba se inc lina da).
Brinch-Hansen (EC 7 - EC 8)
Para que una cimentación pueda resistir la carga de proyecto en seguridad con respecto a la
rotura general, para todas las combinaciones de carga relativas al ELU (Estado límite último), se
debe dar la siguiente desigualdad:
Vd
Rd
donde:
Vd es la carga de proyecto al ELU, normal en la base de la cimentación, que incluye también el
peso de la cimentación misma;
Rd es la carga última de proyecto de la cimentación con respecto a las cargas normales,
teniendo en cuenta también el efecto de cargas inclinadas o excéntricas.
En la evaluación analítica de la carga última de proyecto Rd se deben considerar las situaciones
a corto y a largo plazo en los terrenos de grano fino.
La carga última de proyecto en condiciones no drenadas se calcula como:
R
A'
2
cu
sc
ic
q
donde:
A'
B' x L'
área de la cimentación efectiva de
proyecto, entendida, en caso de carga
excéntrica, como el área reducida en
cuyo centro se aplica la resultante de la
carga.
LOADCAP
Capitolo 4
cu
cohesión no drenada.
q
presión litostática total en el plano de
cimentación.
sc
1 0.2
sc
1.2
ic
0.5 1
factor de forma para cimentaciones
rectangulares
B'
L'
factor de forma para cimentaciones
cuadradas o circulares.
1
H A' c u
factor de corrección de la inclinación de
la carga debida a una carga H.
En condiciones drenadas la carga última de proyecto se calcula como sigue:
R
A'
c'
Nc
donde:
Nq
e tan ' tan2 45
Nc
Nq
N
2 Nq
1 cot '
1 tan '
'
2
sc
ic
q'
Nq
sq
iq
0.5
'
B'
N
s
i
93
LOADCAP
Capitolo 4
94
B'
sq
1
sq
1 sen
s
1 0.3
s
0.7
sc
sq N q
L'
Factores de forma
Factores inclinación
resultante debido a
una carga horizontal
H // a L’
sen '
iq
rectangular
cuadrada o circular i c
'
B'
rectangular
L'
i
1 H V
i q Nq
1 Nq
Factores inclinación resultante
debido a una carga horizontal H // a
B’
A ' c ' cot i q'
1
1 0.7H V
i
1 H V
ic
i q Nq
A ' c ' cot
A ' c ' cot
1 Nq
' 3
' 3
1
cuadrada o circular
1 Nq
1
rectangular,
cuadrada o circular
Tabla 4.5.3 F a c t ore s c orre c t iv os propue st os por Brinc h-Ha nse n e n e l c á lc ulo de q lim
Además de los factores correctivos de la tabla anterior, se consideran los complementarios de la
profundidad del plano de cimentación y de la inclinación y de la inclinación del plano de
cimentación y del plano terreno (Hansen).
Richards et. al.
Richards, Helm y Budhu (1993) desarrollaron un procedimiento que permite, en condiciones sísmicas,
calcular ya sea la carga última que los asientos derivados y por ende verificar ambos estados límite
(último y de daño). El cálculo de la carga última se obtiene mediante una simple extensión del problema
de la carga última al caso de la presencia de fuerzas de inercia en el terreno de cimentación debidas al
sismo, mientras la estimación de los asientos se obtiene haciendo referencia a Newmark (Apéndice H de
“Aspe t t i ge ot e c nic i de lla proge t t a zione in zona sism ic a ”–Assoc ia zione Ge ot e c nic a It a lia na /"Aspectos
geotécnicos del proyecto en zona sísmica"-Asociación Geotécnica Italiana). Los autores han alargado el
trinomio de la fórmula de la carga última:
LOADCAP
qL
Nq q
Nc c
Capitolo 4
0.5 N
95
B
Donde los factores de capacidad de carga se calculan con las siguientes fórmulas:
Nc
Nq
Nq
N
K pE
K AE
1 cot
K pE
K AE
1 tan
AE
Examinando con el enfoque de equilibrio límite un mecanismo a la Coulomb y teniendo en cuenta
las fuerzas de inercia agentes en el volumen de terreno a rotura. De hecho, en campo estático,
el clásico mecanismo de Prandtl se puede aproximar, como se muestra en la figura 4.5.3,
eliminando la zona de transición (abanico de Prandtl) y reduciéndola a la línea AC, que viene vista
como una pared ideal en equilibrio bajo la acción del empuje activo y del empuje pasivo que
recibe de las cuñas I y III:
Figura 4.5.3- Esque m a de c á lc ulo de la c a rga últ im a (q lim )
Los autores han extraído las expresiones de los ángulos
A
y
P
que definen las zonas de empuje activo
y pasivo y de los coeficientes de empuje activo y pasivo KA y KP en función del ángulo de rozamiento
interno φ del terreno y del ángulo de rozamiento d terreno – pared ideal:
96
LOADCAP
Capitolo 4
tan
1
tan
tan
cot
1 tan
1 tan
cot
tan
cot
tan
A
tan
1
tan
tan
cot
1 tan
1 tan
cot
tan
cot
tan
P
cos 2
KA
cos
sin
1
2
sin
cos
cos 2
KP
cos
sin
1
2
sin
cos
Es de observar que el empleo de las fórmulas anteriores asumiendo
=0.5 , conduce a valores de
coeficientes de carga última muy cercanos a los basados en un análisis a la Prandtl. Por lo tanto
Richards et. Al. extendieron la aplicación del mecanismo de Coulomb al caso sísmico, teniendo en cuenta
las fuerzas de inercia agentes en el volumen de terreno a rotura. Tales fuerzas de masa, debidas a
aceleraciones kh g y kv g, agentes respectivamente en dirección horizontal y vertical, son a su vez
iguales a kh g y kv g. Se obtienen así las extensiones de las expresiones de
KP, respectivamente indicadas como
AE y
A y
P, además de KA y
PE y como KAE y KPE para denotar las condiciones
sísmicas:
AE
PE
tan
tan
1
1
1 tan 2
1 tan
cot
1 tan
tan
1 tan 2
1 tan
1 tan
tan
tan
cot
cot
tan
cot
cos 2
K AE
cos
cos
1
sin
sin
2
cos
cos 2
K PE
cos
cos
1
sin
sin
2
cos
LOADCAP
Capitolo 4
97
Los valores de Nq y Ng se determinan también valiéndose de las fórmulas precedentes,
empleando obviamente las expresiones de los ángulos A E y P E y de los coeficientes KA E y KP E
relativas al caso sísmico. En tales expresiones aparece el ángulo
tan
definido como:
kh
1 kv
En la Tabla 4.5.4 se muestran los factores de capacidad de carga calculados para los siguientes valores
de los parámetros:
= 30°
= 15°
Y para diferentes valores de los coeficientes de empuje sísmico:
kh/(1-kv)
0
0.087
0.176
0.268
0.364
0.466
0.577
Nq
16.51037
13.11944
9.851541
7.297657
5.122904
3.216145
1.066982
Ng
23.75643
15.88906
9.465466
5.357472
2.604404
0.879102
1.103E-03
Nc
26.86476
20.9915
15.33132
10.90786
7.141079
3.838476
0.1160159
Tabla 4.5.4.- F a c t ore s de c a pa c ida d de c a rga pa ra f=30°
Carga última de cimentación en roca
Para estimar la capacidad de carga admisible de las rocas se deben considerar algunos parámetros
significativos como las características geológicas, el tipo y calidad de roca, medida con RQD. En la
capacidad portante de las rocas se utilizan normalmente factores de seguridad muy altos y unidos en
alguna manera al valor del coeficiente RQD: por ejemplo, para una roca con RQD igual al máximo de 0.75
el factor de seguridad varía entre 6 y 10. Para determinar la capacidad de carga de una roca se pueden
usar las fórmulas de Terzaghi, usando ángulo de rozamiento y cohesión de la roca, o las propuestas por
Stagg y Zienkiewicz (1968) donde los coeficientes de la fórmula de la capacidad portante valen:
Nq
tan6 45
2
LOADCAP
Capitolo 4
98
Nc
5 tan4 45
N
Nq
2
1
Con tales coeficientes se usan los factores de forma utilizados en la fórmula de Terzaghi.
La capacidad de carga última calculada es siempre función del coeficiente RQD según la siguiente
expresión:
q'
qult RQD
2
Si el sondeo en roca no suministra piezas intactas (RQD tiende a 0), la roca se trata como un terreno,
estimando mejor los parámetros c y
.
Verificación del deslizamiento
De acuerdo con los criterios de cálculo en ELU, se debe comprobar la estabilidad de una zapata
aislada con respecto al colapso por deslizamiento y al colapso por rotura general. Con el primero,
la resistencia se estima como la suma de un componente debido a la a dhe sión más otro debido al
roza m ie nt o c im e nt a c ión-t e rre no; la resistencia lateral derivada del empuje pasivo del terreno se
puede tener en cuenta como un porcentaje cuyo valor será indicado por el usuario.
La resistencia de cálculo por rozamiento y adhesión se calcula mediante la expresión:
FR d
N sd tan
c a A'
donde:
N sd
= valor de cálculo de la fuerza vertical;
= ángulo de resistencia al corte en la base de la cimentación;
ca
= adhesión zapata -terreno;
A'
= área de la cimentación efectiva, entendida, en caso de cargas excéntricas, como área
reducida al centro de la cual se aplica el resultado.
LOADCAP
Capitolo 4
99
Cálculo de los asientos
La aplicación de una carga de dimensiones finitas sobre un terreno cohesivo genera una serie de
fenómenos, los cuales se pueden ilustrar como en la Fig. 4.5.4.
Figura 4.5.4. - T ipos de a sie nt os
LOADCAP
Capitolo 4
100
1. Durante la fase de carga, en el terreno se producen subpresiones del agua intersticial
u, y dada la
baja permeabilidad del terreno, se puede asumir que, en el ámbito de las usuales velocidades de
aplicación de la carga, nos encontremos en condiciones no drenadas. El estrato de arcilla se deforma
a volumen casi constante y el consiguiente asiento se indica como a sie nt o inm e dia t o.
2. La instauración del drenaje, con la transferencia progresiva de la carga de la base fluida a la armazón
sólida, comporta ulteriores asientos cuya velocidad en el tiempo depende principalmente de las
condiciones de drenaje. Este proceso se conoce como consolidación primaria y el análisis se lleva a
cabo con los diferentes modelos de la teoría de la consolidación. El asiento que deriva de este
proceso de expulsión del agua de los vacíos intersticiales se denomina a sie nt o de c onsolida c ión.
3. Por último, aún cuando las sobrepresiones intersticiales se disipan ( u=0), continúan a darse en el
tiempo asientos debidos a deformaciones viscosas en condiciones drenadas y este asiento se conoce
como a sie nt o se c unda rio.
El comportamiento de los terrenos de grano grueso (arenas y gravas) resulta macroscópicamente
diferente a los de grano fino (limos y arcillas) debido a la diferente permeabilidad.
En este caso se habla de asiento inicial y secundario para indicar los asentamientos de naturaleza
elasto-plástica y los debidos a fenómenos de naturaleza viscosa.
Asientos elásticos
Los asientos de una cimentación rectangular de dimensiones B'xL' ubicada en la superficie de un
semiespacio elástico, se pueden calcular por medio de una ecuación basada en la teoría de la elasticidad
(T im oshe nko e Goodie r (1951)):
H
q0 B'
2
1
Es
I1
1 2
1
I2
IF
(1)
donde:
q0
= Intensidad de la presión de contacto;
B'
= Mínima dimensión del área reactiva;
Es e
Ii =f(L'/B', H, , D)
= Parámetros elásticos del terreno;
= Coeficientes de influencia dependientes de: L'/B', espesor del estrato
H, Coeficiente de Poisson , profundidad del nivel de cimentación D;
LOADCAP
IF
Capitolo 4
101
= Coeficiente de influencia.
Los coeficientes I1 y I2 se pueden calcular utilizando las ecuaciones de Steinbrenner (1934) (V.
Bowles), en función de la razón M=L'/B' ed N=H/B, utilizando B'=B/2 e L'=L/2 para los coeficientes
Ii del centro y B'=B e L'=L para los coeficientes Ii del borde.
El coeficiente de influencia IF deriva de las ecuaciones de Fox (1948), que indican que el asiento se
reduce con la profundidad en función del coeficiente de Poisson y de la razón L/B.
Para simplificar la ecuación (1) se introduce el coeficiente IS :
IS
I1
1 2
1
I2
Se puede escribir la fórmula (1) en su versión más compacta:
H
q0 B'
2
1
ES
IS IF
Esta ecuación se puede aplicar a cimentaciones flexibles o rígidas con los oportunos cambios del valor
de Is.
Analizando un cierto número de casos, el autor concluye que para que la ecuación anterior dé buenos
resultados, se debe aplicar como sigue:
1. Efectuar la mejor estimación de q0;
2. Convertir la cimentación, si es circular, en una cimentación cuadrada equivalente.
3. Determinar el punto donde calcular el asiento y subdividir la base de apoyo en forma tal que el
punto se encuentre en correspondencia de una arista interna común a varios rectángulos.
4. El espesor del estrato H responsable del asiento se toma como el mínimo de los dos siguientes
valores: profundidad z=5B donde B es la dimensión mínima global de la base de la cimentación;
profundidad a la cual se encuentra un estrato duro (ES del estrato debe ser aproximadamente
10 veces el valor del espesor adyacente).
5. Calcular correctamente la razón H/B'. Con un espesor del estrato H=z=5B se encuentra, para el
centro de cimentación
H/B'=5B/0,5B=10B, para una arista 5B/B=5.
102
Capitolo 4
LOADCAP
6. Obtener Is con una estimación cuidadosa de
y tomando los coeficientes de influencia I1 y I2
de la tabla que propone el autor.
7. Obtener IF con la ayuda de la Fig. 4.5.5.
8. Obtener Es en el espesor del estrato z=H como promedio ponderado de los valores de Esi de
cada estrato en el espesor Hi.
Fig. 4.5.5.- Coe fic ie nt e de influe nc ia IF de una c im e nt a c ión c oloc a da e n profundida d D.
Asientos edométricos
El cálculo de los asientos con el método edométrico permite estimar un asiento de consolidación
unidimensional (Terzaghi-1943), producto de las tensiones inducidas por una carga aplicada en
condiciones de expansión lateral impedida. Por lo tanto la estimación con este método se debe
considerar empírica, en vez de teórica.
No obstante esto, la simplicidad de uso y la facilidad de controlar la influencia de los varios
parámetros que intervienen en el cálculo, lo convierten en un método muy utilizado.
Según el esquema de la Fig. 4.5.6., el asiento
H de un estrato con espesor inicial H0 está dado por:
LOADCAP
H
H0
RR log
'
p
'
v0
CR log
Capitolo 4
'
v0
103
v
'
p
Figura 4.5.6.- Asie nt o e dom é t ric o
El enfoque edométrico en el cálculo de los asientos pasa esencialmente por dos fases:
1. El cálculo de las tensiones verticales inducidas en las diferentes profundidades con la aplicación
de la teoría de la elasticidad (enfoque de Boussinesq, Westergaard...);
2. El cálculo de los parámetros de compresibilidad con la prueba edométrica.
En referencia a los resultados de la prueba edométrica, el asentamiento se estima de la siguiente
manera:
LOADCAP
Capitolo 4
104
H
H0 RR log
'
v0
v
'
v0
si se trata de un terreno sobreconsolidado (OCR>1), o sea si el incremento de tensión debido a la
aplicación de la carga no hace que se supere la presión de preconsolidación s’p (s'v0 + Dsv <
s'p).
Si en cambio el terreno es normalmente consolidado (s'v0=s'p) las deformaciones se dan en el
tracto de compresión y el asiento se calcula como:
H
H0 CR log
'
v0
v
'
v0
donde:
RR
Razón de recompresión;
CR
Razón de compresión;
H0
espesor inicial del estrato;
'v 0
v
tensión vertical eficaz antes de la aplicación de la carga;
incremento de tensión vertical debido a la aplicación de la carga.
Como alternativa a los parámetros RR y CR se hace referencia al módulo edométrico M; pero en
tal caso se debe seleccionar oportunamente el valor del módulo a utilizar, teniendo en cuenta el
intervalo tensional (
'v0 +
v ) significativo para el problema examinado. Una correcta
aplicación de este enfoque requiere:
la subdivisión de los estratos compresibles en una serie de pequeños estratos de modesto
espesor (< 2.00 m);
la estimación del módulo edométrico en el ámbito de cada estrato;
el cálculo del asiento como suma de las contribuciones para cada pequeño estrato.
Muchos usan las expresiones antes indicadas para el cálculo del asentamiento de consolidación tanto
para las arcillas como para las arenas de granulometría de fina a media, porque el módulo de elasticidad
usado viene tomado directamente de pruebas de consolidación. Sin embargo, para terrenos con grano
más grueso las dimensiones de las pruebas edométricas no son muy indicativas del comportamiento
global del estrato y, para las arenas, es preferible utilizar pruebas penetrométricas estáticas y
LOADCAP
Capitolo 4
105
dinámicas.
Asiento secundario
El asiento secundario se calcula según la razón:
HS
Hc C
log
T
T100
donde:
Hc
C
es la altura del estrato en fase de consolidación;
es el coeficiente de consolidación secundaria como pendencia en el tracto secundario de
la curva asiento-logaritmo tiempo;
T
tiempo en que se desea calcular el asiento secundario;
T 100
tiempo necesario para terminar el proceso de consolidación primaria.
Los supuestos de este método son:
la consolidación secundaria inicia después de terminado el proceso de consolidación primaria;
el valor de C se puede considerar constante mientras se da el asiento secundario.
Método de Schmertmann
Un método alternativo para calcular los asientos es el propuesto por Schmertmann (1970), el cual ha
correlaciona la variación del bulbo tensiones a la deformación. Schmertmann por lo tanto propone
considerar un diagrama de las deformaciones de forma triangular (Fig. 4.5.7) donde la profundidad a la
cual se tienen deformaciones significativas se toma como igual a 4B, en el caso de cimentaciones
corridas, para cimentaciones cuadradas o circulares es igual a 2B.
LOADCAP
Capitolo 4
106
Fig. 4.5.7.- V a ria c ión de l fa c t or de influe nc ia se gún la profundida d
Según este enfoque el asiento se expresa mediante la siguiente ecuación:
w
C1 C2
q
Iz
z
E
donde:
q
Iz
representa la carga neta aplicada a la cimentación;
es un factor de deformación cuyo valor es nulo a la profundidad de 2B, para
cimentaciones circulares o cuadradas, y a profundidad 4B, para cimentaciones
LOADCAP
Capitolo 4
107
corridas.
I z max
0.5
0.1
q
0.5
'
vi
donde:
'v i representa la tensión vertical eficaz a la profundidad B/2 para cimentaciones circulares o
cuadradas, y a profundidad B para cimentaciones corridas
E i representa el módulo de deformación del terreno correspondiente al estrato i-ésimo considerado
en el cálculo;
zi
representa el espesor del i-ésimo estrato;
C1 y C2 son dos coeficientes correctivos.
El módulo Ei se considera igual a 2.5 qc para cimentaciones circulares o cuadradas e igual a 3.5 qc para
cimentaciones corridas. En los casos intermedios, se interpola en función del valor de L/B.
El término qc que interviene en la determinación de E representa la resistencia a la puntaza obtenida con
la prueba CPT.
Las expresiones de los dos coeficientes C1 y C2 son:
'
v0
C1
1 0.5
C2
1 0.2 log
q
0.5
t
0.1
que toma en cuenta la profundidad del plano de
cimentación.
que toma en cuenta las deformaciones diferidas en el
tiempo por efecto secundario.
En la expresión anterior, t representa el tiempo, expresado en años después de haber terminado
la construcción, de acuerdo con el cual se calcula el asentamiento.
Burland y Burbidge
Si para calcular los asentamientos se dispone de datos obtenidos con ensayos penetrométricos
dinámicos, entonces es posible valerse del método de Burland y Burbidge (1985), en el cual se relaciona
LOADCAP
Capitolo 4
108
un índice de compresibilidad Ic al resultado NSPT del ensayo penetrométrico dinámico. La expresión del
asiento propuesta por los autores es la siguiente:
S
'
v0
f S f H ft
B0.7
IC
3
q'
'
v0
B0.7 IC
Donde:
q'
'v 0
es la presión eficaz bruta;
es la tensión vertical eficaz en la cota establecida de la cimentación;
B
es el ancho de la cimentación;
Ic
es el índice de compresibilidad;
f S, f H , f t
son factores correctores que consideran respectivamente la forma, el espesor del
estrato comprensible y el componente viscoso de los asientos.
El índice de compresibilidad Ic está legado al valor medio NAV de Nspt al interno de una profundidad
significativa zi (que el software calcula en automático):
IC
1.076
.4
N1AV
Con respecto a los valores de Nspt a utilizar en el cálculo del valor medio NAV , hay que precisar que los
valores se deben corregir para arenas con componentes limosos bajo el nivel freático y Nspt>15, según
la indicación de Terzaghi y Peck (1948)
NC
15
0.5 Nspt
15
donde Nc es el valor correcto a usar en los cálculos.
Para depósitos gravosos arenosos-gravosos el valor corregido es igual a:
NC
1.25 Nspt
Las expresiones de los factores correctores f S , f H y f t son respectivamente:
LOADCAP
1.25 L B
L B 0.25
fS
fH
ft
1
H
2
zi
R3
Capitolo 4
109
2
H
zi
R log
t
3
con:
t = tiempo en años > 3;
R3 = constante igual a 0.3 para cargas estáticas ye 0.7 para cargas dinámicas;
R = 0.2 en el caso de cargas estáticas y 0.8 para cargas dinámicas.
Verificación de la licuefacción
El fenómeno de la licuefacción tiene que ver con los depósitos arenosos saturados que, durante un
evento sísmico o más ampliamente durante e inmediatamente después de una solicitación cíclica, sufren
una drástica reducción de la resistencia al corte.
Es generalmente aceptado que la causa principal de la licuefacción de los terrenos arenosos saturados,
que se produce durante los eventos sísmicos, sea debida al aumento de las presiones intersticiales
originadas por las solicitaciones de corte cíclicas, que a su vez han de atribuirse a la propagación de las
ondas de corte en el terreno. La aplicación de una sucesión de esfuerzos cíclicos en condiciones
drenadas genera inicialmente una reducción de volumen; sin embargo, si la solicitación se da muy
rápidamente con respecto a la capacidad de drenaje del depósito, sucede que la reducción de volumen
no puede manifestarse y el mismo será sometido a un proceso de carga no drenada.
El impedimento de la deformación volumétrica se acompaña de un aumento de la presión de poro y de
una reducción de las tensiones efectivas, con las tensiones totales constantes. El aumento de presión
neutra depende del grado de densificación inicial del terreno y del tipo de solicitación cíclica.
Si el terreno se encuentra en estado poco denso y la solicitación cíclica resulta suficientemente elevada,
el incremento de presión neutra resultante puede igualar la tensión efectiva de confinamiento y las
partículas de terreno ya no estarán sujetas a ningún esfuerzo intergranular.
En tales condiciones y siendo la cohesión nula, el terreno ya no tiene ninguna resistencia al corte.
110
LOADCAP
Capitolo 4
Sue lo a re noso sa t ura do a nt e s de l e fe c t o de la lic ue fa c c ión (izquie rda ), se not a n la s t e nsione s e nt re los
gra nos re pre se nt a da s c on la s fle c ha s roja s. Sue lo a re noso sa t ura do c on proc e so de lic ue fa c c ión,
t e nsione s int e rgra nula re s a use nt e s.
CASOS EN LOS QUE SE PUEDE EXCLUIR LA PRESENCIA DE FENÓMENOS DE LICUEFACCIÓN (EC8)
La verificación de la licuefacción se podrá obviar cuando se manifieste por lo menos una de las siguientes
circunstancias:
1. Eventos sísmicos esperados de magnitud M menor que 5;
2. Aceleración máxima esperada en superficie menor que 0.1 g;
3. Aceleración máxima esperada en superficie menor que 0.15g y suelos con características
pertenecientes a una de las tres siguientes categorías:
FC>20%, IP>10;
FC= 35%, N’SPT (corregido-normalizado) >20;
FC=5%, N’SPT (corregido-normalizado) >25 ;
Nota:
N 'SPT
NSPT CN
CN
pa
'v
0.5
donde:
pa es la presión atmosférica;
σ’v la presion efectiva vertical.
LOADCAP
Capitolo 4
111
4. Material con Uc < 3.5 – Granulometría del suelo externa a las zonas indicadas en la Fig. 4.5.9;
Material con Uc >3.5 – Granulometría del suelo externa a las zonas indicadas en la Fig. 4.510
5. Profundidad promedio estacional del nivel freático mayor a los 15 m (siempre que el plano del terreno
sea sub-horizontal y estructuras con cimentaciones superficiales).
Figura 4.5.9 – Tramos gra nulom é t ric os c rít ic os U c < 3.5
Figura 4.5.10 – Tramos gra nulom é t ric os c rít ic os U c >3.5
112
Capitolo 4
LOADCAP
El método que utiliza LoadCap para determinar la licuefacción de un terreno arenoso durante un evento
sísmico es el propuesto por Seed e Idriss, el cual es el más conocido y utilizado de los métodos
simplificados.
Dicho método se basa en el número de golpes del ensayo Standard Penetration Test y requiere de pocos
parámetros geotécnicos: la gra nulom e t ría , la de nsida d re la t iv a , e l pe so de v olum e n.
El factor de resistencia a la licuefacción FS se deriva de la relación entre la capacidad de resistencia
normalizada (R) y el esfuerzo cíclico resistente (T), multiplicado por un factor de escala que se estima
considerando un evento sísmico esperado de magnitud M=6.5 que asume un valor constante igual a 1.19
(peor condición).
La capacidad de resistencia normalizada con respecto a la tensión vertical efectiva inicial se expresa
con:
R
ult
'v 0
y se puede determinar a partir del gráfico de la Fig. 4.5.11, función de parámetros obtenidos con
ensayos SPT oportunamente corregidos y normalizados.
Figura 4.5.11 – Corre la c ión e nt re c a pa c ida d de re sist e nc ia c íc lic a y núm e ro de golpe s c orre gido de l
e nsa y o pe ne t rom é t ric o diná m ic o (N'SPT )
La relación de esfuerzos cíclicos se expresa como:
LOADCAP
T
0.65
amax
g
v
'v
Capitolo 4
113
rd
donde:
g = aceleración de la gravedad;
δv δ'v = respectivamente, tensión vertical total y tensión vertical efectiva a la profundidad considerada;
rd = 1-0.015z factor de reducción que tiene en cuenta la deformabilidad del terreno al pasar de las
ondas sísmicas de corte.
En la expresión de esfuerzos cíclicos (T), para tener en cuenta el carácter esporádico de los picos de
aceleración, se corrige el esfuerzo máximo cíclico inducido por el evento sísmico del 35% obteniendo un
valor de "esfuerzo equivalente uniforme".
Si FS>1.3 el depósito se considera no licuable.
4.7.1.
Correcciones sísmicas según PAOLUCCI & PECKER
El efecto de la acción sísmica sobre la carga última de una cimentación se puede calcular introduciendo,
en los tres términos de la capacidad portante, los factores parciales Z de corección determinados en la
siguiente manera:
zq
zc
1
1
z
kh
tg
0,35
0,32 k h
zq
donde:
kh
S ag
g
es el coeficiente sísmico horizontal calculado en función de la aceleración máxima al suelo ag/g e de la
categoría de perfil.
114
LOADCAP
Capitolo 4
Véase también:
Cálculo de los factores de capacidad portante en condiciones sísmicas
4.7.2.
Capacidad Portante de cimentaciones en taludes
Un problema particular que ocasionalmente se puede presentar son las cimentaciones situadas en
un talud o en las inmediaciones del mismo. En la Fig. 4.5.2.1 se muestra como la ausencia de
terreno en el lado en pendencia de la cimentación tiende a reducir la estabilidad .
Figura 4.5.2.1- Cim e nt a c ión e n t a lud o e n la s c e rc a nía s de l m ism o
La risoluzione del problema viene affrontata calcolando dei coefficienti ridotti N'c ed N'q ed
assumendo che la linea d’inclinazione dello stesso pendio rappresenti una direzione principale.
El coeficiente N'c reducido se calcula considerando como superficie de rotura ade = LO, la relativa
al caso de cimentación horizontal y adE = L1 de la figura, obteniendo así:
N 'c
L
Nc 1
L0
El coeficiente N'q se reduce con la relación entre las áreas D(ce) = A0 en caso de cimentaciones
en llano, y Efg de la figura 4.5.2.1(a) (o, como alternativa, Efgh = A1 de la
Figura 4.5.2.1(b),
obteniendo así:
LOADCAP
N 'q
Capitolo 4
115
A
Nq 1
A0
En caso de talud con A1 A0:
N 'q
Nq
Se debería después verificar la estabilidad global del talud bajo el efecto de la carga transmitida
por la cimentación utilizando un programa de estabilidad de taludes ( Slope de Ge oSt ru).
La capacidad de carga por lo tanto se calcula utilizando las fórmulas usuales y los coeficientes de
reducción:
q lim
D N 'q s q iq
c N 'c s c ic
1
2
B N
s
d
i
E coeficiente N , que depende del terreno, no se corrige a la hora de tener en cuenta el talud.
Cuando b = 0, los coeficientes N'c y N'q coinciden con los del caso de cimentaciones en terreno
llano para cada valor de
independentemente de las relaciones D/B (profundidad plano de
cimentación/anchura) y b/B (distancia del talud/anchura). Cuando D/B>0, visto que el efecto de
la profundidad está ya considerado sea en Nc que en Nq, no se deberían usar más los coeficientes
di.
4.7.3.
Cálculo presiones terreno
Existen situaciones en las cuales es imposible mantener la resultante de la presión en el terreno al
interno del tercio medio de la base. Tal situación se manifiesta cuando una o más combinaciones de
carga superan en buena medida la capacidad de la cimentación de oponerse al momento de vuelco (
c ondic ione s de c a rga t ra nsit oria s o t e m pora le s de bida s a v ie nt o o a sism o). Si bien por lo común las
cimentaciones no se proyectan para tales condiciones de carga, se debería verificar la estabilidad al
vuelco en presencia de estas cargas temporales.
El consultor geotécnico debería suministrar, a petición del cliente, una evaluación separada de la
presión admisible sobre el terreno q'0 válida en condiciones de carga temporal, además de la que se
utiliza en condiciones de estado límite.
Para una excentricidad
e
L
6
116
Capitolo 4
LOADCAP
con respecto a uno de los ejes, de la figura 4.5.3.1 se obtiene una ecuación para determinar la
presión máxima en el terreno y la longitud L' efectiva de la cimentación, en donde obviamente el
área de la base no reacciona con una longitud igual a L - L'.
Figura 4.5.3.1- Dia gra m a de la s pre sione s c ua ndo e >L/6
El área del triángulo de las presiones debe ser igual a la carga vertical P y el resultado se debe aplicar a
L'/3 de la extremidad más sometida a solicitaciones y pasar por el baricéntro del triángulo. Este punto
está a una distancia
LOADCAP
Capitolo 4
117
M
P
e
del centro de la cimentación de manera que
L /2
e
L' / 3
y
P
q
BL'
2
Sustituyendo L' en la expresión de P y resolviendo respecto a q se obtiene
q
2P
3B L / 2
e
q' a
Con P, q'a y excentricidad determinados, se resuelve con respecto a B y a L con tanteo hasta satisfacer
la igualdad.
Cuando que se presenta el momento ya sea respecto al eje X que al eje y, la posición de la resultante
resulta como en la figura 4.5.3.2.
118
LOADCAP
Capitolo 4
Figura 4.5.3.2- Posic ión de la re sult a nt e c ua ndo se t ie ne m om e nt o y a se a re spe c t o a x que a y
y si ambas excentricidades son tales que
ex
L
6
ey
B
6
solo una parte de la cimentación responde.
La presión en el terreno en cimentaciones con excentricidad respecto a ambos ejes, se puede
calcular, cuando no se da ningún levantamiento de la cimentación, del siguiente modo:
LOADCAP
q
P
A
My x
Iy
Capitolo 4
Mxy
Ix
ó
P
1
BL
q
6ex
L
6 ey
B
Se recuerda que
Ix
LB3
12
Iy
BL3
12
My es el momento respecto al eje y;
Mx es el momento respecto al eje x;
ex
My
P
ey
Mx
P
Los lados positivos son los ilustrados
En caso de cimentación circular las relaciones utilizadas para calcular la presión máxima de
contacto son:
y y x se estiman partiendo desde el eje baricéntrico de la sección. Estableciendo q=0 se obtiene
la posición del eje neutro que permite calcular el área efectiva (área reactiva a compresión)
utilizada en la prueba del deslizamiento.
119
120
4.7.4.
Capitolo 4
LOADCAP
Normativa
Eurocódigo 7
Proyecto geotécnico – Parte 1: Reglas generales.
Eurocódigo 8
Indicaciones proyectuales para la resistencia sísmica de las estructuras - Parte 5:
Cimentaciones, estructuras de contención y aspectos geotécnicos.
D.M. LL.PP. del 11/03/1988
Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii
naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione,
l'esecuzione e il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione.
D.M. LL.PP. del 14/02/1992
Norme tecniche per l'esecuzione delle opere in cemento
precompresso e per le strutture metalliche.
armato
normale
e
D.M. 9 Gennaio 1996
Norme Tecniche per il calcolo, l'esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento
armato normale e precompresso e per le strutture metalliche.
D.M. 16 Gennaio 1996
Norme Tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e
dei carichi e sovraccarichi.
D.M. 16 Gennaio 1996
Norme Tecniche per le costruzioni in zone sismiche.
Circolare Ministero LL.PP. 15 Ottobre 1996 N. 252 AA.GG./S.T.C.
Istruzioni per l'applicazione delle Norme Tecniche di cui al D.M. 9 Gennaio 1996.
Circolare Ministero LL.PP. 10 Aprile 1997 N. 65/AA.GG.
Istruzioni per l'applicazione delle Norme Tecniche per le costruzioni in zone sismiche di
cui al D.M. 16 Gennaio 1996.
Ordinanza P.C.M. n. 3274del 20.3.2003
Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio
nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica.
Nuove Norme tecniche per le Costruzioni
D.M. 14 Gennaio 2008. Pubblicato su S.0. della G.U. n. 30 del 4 febbraio 2008.
Circolare applicativa del 2 febbraio 2009. n. 617.
LOADCAP
Capitolo 4
121
122
4.7.5.
Capitolo 4
LOADCAP
Bibliografía
AGI (1984)
<< Raccomandazioni sui pali di fondazione >>.
Berardi G. (1972)
<< Ingegneria delle Fondazioni >>, Enciclopedia dell'Ingegneria, vol. VII. ISEDI.
Cestelli Guidi C. (1980)
Geotecnica e Tecnica delle fondazioni, vol. I, Hoepli, Milano.
Colombo P. (1971)
<< Osservazioni sul comportamento di pali a grande diametro >> RIG, vol. V n.3, pp. 163172.
Lambe T. W. (1968)
<< The behaviour of foundations during costruction>>, JSMFD, ASCE, vol 94, SM 1, pp. 93130.
Lancellotta R. (1994)
Geotecnica, 2a ed., Zanichelli, Bologna.
Poulos H. G. , Davis E. H. (1980)
Pile di Foundation Analysis and design, J. Wiley & Sons , New York.
Terzaghi K., Peck R. B. (1967)
Soil Mechanics Engineering Practice, J. Wiley & Sons , New York.
Viggiani C. (1983)
Fondazioni, Ed. CUEM, Napoli.
Bowles (1991)
Fondazioni Progetto e Analisi Joseph E. Bowles, Ed. McGraw-Hill.
Micropali ad elevata capacità portante
<< Rivista Italiana di Geotecnica >>.
La Tecnica Professionale (AGOSTO 1998)
<< Rivista edita dal collegio Ingegneri Ferroviari Italiani >>.
Pasquale De Simone
Fondazioni. Liguore Editore.
LOADCAP
4.7.6.
Capitolo 4
123
Cimentaciones circulares
En los casos que la cimentación esté sometida a acción axial y a momento en torno a uno o dos ejes,
come se muestra en la figura 4.7.1, al calcular la capacidad portante se debe considerar el efecto de la
excentricidad de las cargas utilizando las dimensiones equivalentes de la cimentación (B',L'), o sea la
mínima superficie reducida respecto a la cual la resultante queda centrada.
Figura 4.7.1- M é t odo de c á lc ulo de la s dim e nsione s e quiv a le nt e s de una c im e nt a c ión som e t ida a c a rga
no ba ric é nt ric a
Los dos casos analizados son:
Cimentaciones cuadradas o rectangulares
L'
L 2ex B'
B 2ey ex
Mx
ey
N
My
N
124
LOADCAP
Capitolo 4
cuya área equivalente resulta Af =B'L'
El área efectiva de una cimentación circular se puede calcular poniendo ex en un eje genérico (eje X en
nuestro caso) y calculando el área de la zona abcd sometida a carga centrada.
area( abcd )
B' L'
L'
R
180
area( abcd )
0.85 ac
R
2 R2
0.85 2 ( R 2
ex 2
0. 5
2 R2
ex 2
0.5
R ex
ex2 )0.5
De estas relaciones se obtiene B', en el caso específico ex = 0 la superficie equivalente coincide con el
rectángulo inscrito en la circunferencia, en el caso donde ex=R la capacidad portante límite es casi cero.
Cómo configurar un nuevo proyecto
CAPITOLO
V
126
Capitolo 5
Cuando se inicia un nuevo proyecto para el cálculo de la capacidad de carga y de los asientos
con el programa LoadCap, se aconseja utilizar el comando Nuevo trabajo guiado del menú
Archivo. De esta manera el programa toma todos los datos necesarios para concluir el cálculo sin
errores.
Naturalmente, después de esto el usuario debe modificar los datos del proyecto para adaptarlos
al propio caso: los datos del proyecto se deben modificar con el menú Datos generales.
Tipo terreno
Seleccionar entre terreno suelto y roca según el tipo de suelo en el cual se apoya la
cimentación.
Para cimentaciones en roca el programa adecua automáticamente la ventana de los datos en la
estratigrafía (ej. RQD).
Corrección parámetros
Para terrenos prevalentemente arenosos, Terzaghi sugiere aplicar una
corrección a
los
parámetros getécnicos de cálculo, o sea reducir la cohesión a 2/3 y la tangente del ángulo de
resistencia al corte a 0,67·tan( ).
Datos sistema de cimentación
Introducir los datos geométricos de la cimentación examinada según lo indicado en la ventana de
input.
Entre las dimensiones geométricas se pide la profundidad del plano de cimentación D respecto al
plano del terreno y la altura de empotramiento: si se introducen ambas y se marca la opción
"Altura de empotramiento = Profundidad plano de cimentación ", el programa considera la
profundidad D al calcular el primer término de la capacidad portante ( ·D·Nq). En caso contrario,
el programa asigna a la variable D, el valor de la altura de empotramiento. Con cimentaciones de
plano completa o parcialmente enterrado, la excesiva profundidad del plano de cimentación
puede provocar valores elevados de la capacidad de carga por motivos del elevado valor del
término ( ·D·Nq), por lo tanto puede ser útil efectuar el cálculo con la altura de empotramiento,
sin seleccionar la opción anterior e insertando el empotramiento efectivo de la cimentación en el
terreno.
En virtud del DM 2008, tales datos deben ser los parámetros característicos de los estratos.
Capitolo 5
127
Estratigrafía terreno
Usando este comando, aparece la ventana donde se deben introducir los datos geotécnicos que usa el
programa para calcular la capacidad de carga y el asiento.
Notas parámetros geotécnicos
Si se procede con teorías a los estados límites, los parámetros geotécnicos quedan
entendidos como característicos.
Pruebas penetrométricas
Si se cuenta con resultados de pruebas penetrométricas dinámicas en términos de Nspt
del estrato, se puede efectuar el cálculo de la susceptibilidad a la licuefacción del estrato
en presencia de acción sísmica, nivel freático y terreno sin cohesión. Tal
valoración se
realiza con el método de Seed e Idriss y con la condición de que el espesor del estrato
sea de más de 1 metro.
Cargas
Es necesario establecer las cargas solo cuando la finalidad es calcular los asientos. La
introducción de una carga para calcular la capacidad de carga última del terreno sirve para
determinar el nivel de seguridad como razón Qlim/Qd entre la carga última y la carga del
proyecto.
El programa permite evaluar varias condiciones de carga, ya sea de la capacidad de carga que
de los asientos, las cuales se definen en la ventana de las Acciones-Resistencias.
En cada condición a definir se debe seleccionar el Tipo: puede ser de Proyecto cuando la
finalidad es calcular el nivel de seguridad de la capacidad de carga última del terreno o de
Servicio para calcular los asientos.
Cada una de las condiciones de carga se debe introducir en forma de "Presión normal del
proyecto" o de esfuerzo normal N, de momentos Mx y My , o de cortes Hx y Hy. Por ejemplo en
el caso de una cimentación aislada es más fácil contar con estos datos que con la presión normal
del proyecto. En todo caso, la carga establecida se refiere al plano de cimentación y por lo tanto
debe incluir también el peso de esta.
Además, cada condición se debe asignar ya amplificada con eventuales factores en las cargas.
Para definir los niveles de seguridad aceptables por parte del usuario o impuestos por las normas
aplicadas, es necesario introducir los Coeficientes Reductores Capacidad de carga vertical y horizontal
(por ej. igual 3 si se aplica el DM'96). En el mismo recuadro (Sismo + Coef. parciales parámetros
128
Capitolo 5
geotécnicos terrenos + Resistencias ) se definen también los coeficientes parciales de las propiedades
geotécnicas de los terrenos (c’, cu, tan ,
) los cuales representan los coeficientes parciales Mi
introducidos por NTC 2008 o por los Eurocódigos, que reducen los parámetros geotécnicos definidos en la
estratigrafía. Este tipo de coeficientes se considera solo en las condiciones de carga de tipo Proyecto y
no en las de Servicio.
También la corrección sísmica en la capacidad de carga se refiere solo a condiciones concernientes a la
capacidad de carga y por lo tanto al tipo Proyecto. Los valores de los coeficientes reductores sísmicos
aparecen en el informe formato RTF que produce el programa (menú Exportar, comando Exportar en
formato RTF).
Los botones Generar combinación y Asignar cargas que aparecen en la ventana en cuestión activan,
respectivamente, el número y el tipo de combinaciones a adoptar con base en la norma a seguir
seleccionada (por ej. A1+M1+R3 para NTC 2008 - Acercamiento 2) y asigna un valor orientativo a la
presión normal de proyecto, en caso que no fuese disponible.
Cargas repartidas
Son las cargas adicionales que se pueden asignar a la derecha y a la izquierda de la cimentación para
considerar la presencia de sobrecargas adyacentes a la misma. (por ej. construcciones contiguas). El
efecto se considera solo como incremento de tensiones en el subsuelo para el cálculo de los asientos y
de la interferencia de los bulbos.
Métodos de cálculo
Los métodos analíticos para el cálculo de la capacidad de carga límite del terreno son los clásicos
presentes en la literatura geotécnica:Terzaghi, Vesic, Meyerhof, Hansen y Brinch-Hansen, para terrenos;
Terzaghi y Zienkiewicz, para rocas.
Cálculo
El programa presenta comandos de cálculo para la capacidad de carga y para los asientos.
Carga última: El cálculo de la carga última da los resultados de cada condición de carga de tipo
Proyecto introducida en la ventana cargas. El comando vuelve a proponer la misma ventana de cargas
añadiendo una tabla de resultados. El usuario tiene por lo tanto la posibilidad de realizar cambios ya sea
en las cargas que en los coeficientes sin tener que salir del comando y volver a entrar en la ventana
Acciones-Resistencias del menú Datos Generales. Para cada carga se calcula el factor de seguridad
como razón Qlim/Qass entre carga última y carga asignada (tensión o presión de proyecto) y la
Capitolo 5
129
condición Verificado/Sin verificar dependiendo de si el factor de seguridad obtenido es superior o no al
nivel de seguridad impuesto por el usuario en la ventana de las cargas.
Finalmente, para cada autor, se calcula el coeficiente de reacción del suelo (Ks) con el método
propuesto por Bowles:
ks = qlim/ H con H = 2,5 cm desplazamiento considerado como admisible.
Comandos de short cut
CAPITOLO
VI
Comandos de short cut
Capitolo 6
La barra indicada en la Fig. 4.7.1 posee una serie de funciones:
1) Con las letras de s ho rt cut de los menús seguidas de e nt e r, se obtiene acceso veloz a los
comandos.
Ejemplo: N+Enter para crear un archivo nuevo.
2) Se le puede hacer una pregunta al programa seguida de ?+Enter. En este caso se efectúan
búsquedas avanzadas en el manual.
Ejemplo: Sismo+?+Enter para más informaciones sobre el análisis sísmico.
3) Activación rápida de un programa.
Ejemplo: Slope+Enter para abrir otro soft w a re Ge oSt ru.
4) Acceso rápido a los contactos con Ge oSt ru.
Ejemplo: Contactos+?+Enter para acceder la lista de los contactos
5) Accesso rápido a funciones web:
Ejemplo: www.geostru.com+Enter o [email protected].
Figura 4.7.1- Ba rra c om a ndos de short c ut
131
132
Loadcap
Index
Index
-AAcción sísmica
Acciones
Activar el software
Actualizar software
Administración ensayos
Altura
Anchura
Ángulo de rozamiento
Asientos
Asientos Burland & Burbidge
Asientos edométricos
Asientos
edométricos-Schmertmann
Asientos elásticos
Asignar cargas
Asistencia técnica
Autores métodos
Ayuda
61
71
6
13
70
62
62
66
66
77
78
102
76
77
77
71
13
74
13
-BBase
Bibliografía
Bulbo tensiones
Cuñas de rotura
Burland
62
122
82
107
-CCálculo carga última
Cálculo presiones terreno
Características geotécnicas
Características geotécnicas
estratos
Carga última
Cargas
Cargas repartidas
74
115
66
66
126
71
73
Cimentaciones en taludes
Circular
Coeficiente reacción del suelo
Coeficientes
Coeficientes sísmicos DM88
Coeficientes sísmicos Eurocódigo
8
Cohesión
Comandos_de_short_cut
Combinación
Combinaciones
Cómo configurar un nuevo
proyecto
Contactos GeoStru
Copyright
Corrección
Correcciones parámetros
Correcciones sísmicas según
PAOLUCCI & PECKER
Corrimiento
123
114
62
126
71
22
42
66
131
71
74
126
14
13
71
61
113
66
-DDatabase suelos
Database terrenos
Dati generali
Azione sismica
Sisma
Dati sistema di fondazione
Datos adicionales
Datos generales
Deslizamiento
Diferenciales
Distancia
Dynamic Probing
17
62
61
61
62
76
61
66
78
62
70
-EEmpotramiento
Estratigrafía
Estrato
Eurocódigo 7
Eurocódigo 8
Exportar
62
66, 126
71
22
42
83
133
134
Loadcap
-FFactor de seguridad
-P74
-GGráficos
81
78
78
62
66
71
-KKh
Kv
22
22
76
70
-TTablas de conversión
Tensión
Teoría
Terraplenes
Terrenos
Texturas
Tipo terreno
16
115
83
75
66
62, 66
61
-V-
-LLicuefacción
Comprobación licuefacción
Susceptibilidad licuefacción
Licuefacción-comprobación
LoadCap
Longitud
Losas
62
71, 76
-SSchmertmann
Static Probing
-IImportar archivos con datos
Importar archivos DXF
Inclinación
Inclinación estrato
Input gráfico
Plano de cimentación
Presión normal de proyecto
Vista
109
78
126
109
60
62
62
82
-ZZapata corrida
Zapatas aisladas
Zona
62
62
61
-MMódulo terraplenes
75
-NNivel freático
Normativa
Nuevo proyecto
62
120
126

Table of Contents

Transcripción

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