Elementos de cimentación - RUA

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INGENIERIA CIVIL
I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos
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af`lmfr
(c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante
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l_gbqfslp
 Definir la función e importancia que posee la cimentación como nexo entre terreno y estructura
 Realizar una clasificación tipológica y funcional de este tipo de elementos
 Establecer criterios de predimensionamiento y una estrategia para su cálculo
 Desarrollar los métodos de cálculo existentes para cimentaciones directas rígidas y flexibles
 Abordar el diseño de cimentaciones profundas y sus procedimientos de cálculo
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`lkqbkfalp
1. Misión e importancia
2. Tipología de cimentaciones
3. Clasificación funcional
4. Criterios de predimensionamiento
5. Cálculo de zapatas
6. Cálculo de cimentaciones profundas
7. Disposiciones constructivas
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NK=jfpfþk=b=fjmloq^k`f^
 Misión de la cimentación
Transmitir adecuadamente las cargas de la estructura al terreno que le da soporte
 Actúa como elemento de transición entre:
 Un medio conocido, homogéneo y artificial, con elevadas tensiones de trabajo (≈30 MPa)  H. Armado
 Un medio cambiante, heterogéneo y natural, con bajas tensiones de trabajo (≈0,3 MPa)  Terreno
 Los errores en el diseño de una cimentación son hasta 10 veces más costosos que en estructura y difíciles de reparar (quedan “enterrados”)
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OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp
 Superficiales o directas
Apoyan directamente sobre la superficie, que es competente y relativamente homogéneo. Es el tipo más habitual
 Zapatas: Cimentación aislada. Elementos puntuales
 Vigas de cimentación: Elementos longitudinales
 Losas y emparrillados: Elementos superficiales planos
 Semiprofundas (pozos)
Apoyan en capas competentes más profundas o realizando sustitución parcial de terreno por hormigón pobre
 Profundas (pilotes)
En terrenos de resistencia insuficiente, se emplean para alcanzar estratos competentes a mayor profundidad
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OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp
 Tipologías habituales de cimentaciones:
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OK=qfmlildð^=ab=`fjbkq^`flkbp
 Utilización de cada tipología de cimentación:
Directas
Semiprofundas
(Pozos)
Profundas
(Pilotes)
0 m
2 m
σadm ≥ 100‐200 kPa
5 m
σadm ≈ 150 kPa
25‐30 m
σadm ≤ 50 kPa
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PK=`i^pfcf`^`fþk=crk`flk^i
 La EHE distingue entre dos tipos de cimentaciones por la forma de resistir las solicitaciones: [Art. 58.2]
 Cimentaciones rígidas (Vmáx ≤ 2h)
Se calculan mediante el método de bielas y tirantes
 Cimentaciones flexibles (Vmáx > 2h)
Se calculan a como elemento sometido a flexión simple
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QK=mobafjbkpflk^jfbkql
 Materiales a emplear
El hormigón será de baja resistencia. La EHE‐08 impone un mínimo a emplear de HA‐25. Se utiliza habitualmente acero B 500 S/SD en su armado
 Tipo de zapata
Normalmente, las zapatas más económicas son las flexibles,
al contener un menor volumen de hormigón y de acero. Su forma y dimensión dependerá de las solicitaciones a resistir
 Canto mínimo
El canto mínimo establecido en los extremos es de 25 cm, [Art. 58.8] aunque por criterios de anclaje de las armaduras de arranque de pilares se recomienda superar los 40 cm
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QK=mobafjbkpflk^jfbkql
 Recubrimientos
Si el elemento se hormigona contra el terreno se adoptará un recubrimiento mínimo de 70 mm [Art. 37.2.4.1]
 Hormigón de limpieza (solera de asiento)
En la parte inferior se suele aplicar una capa de hormigón pobre de unos 10 cm. de espesor para regularizar la superficie y evitar el contacto directo de la zapata con el terreno
70 mm + Δr
h ≥ 40 cm
rnom
10 cm
Hormigón de limpieza (HL)
fck ≈ 10 N/mm²
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Verificación de la estabilidad del cimiento: [CTE DB SE‐C]
 Comprobación a hundimiento del terreno
 Comprobación a vuelco
 Comprobación a deslizamiento
 Diseño estructural de la cimentación:
 Cimentaciones rígidas: [Art. 58.4.1]
 Comprobación de bielas y tirantes
 Cimentaciones flexibles: [Art. 58.4.2]
 Armado a flexión simple
 Verificación a cortante
 Verificación a punzonamiento
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Verificación de la estabilidad del cimiento:
 Se considera el peso propio del cimiento
 Acciones en valor característico (sin mayorar, γF=1)
 Coeficientes parciales de seguridad de materiales (γR):
 Específicos según CTE DB SE‐C Cimientos
 Minoran únicamente la resistencia del terreno
 Diseño estructural de la cimentación:
 No se considera el peso propio del cimiento
 Acciones con valores de cálculo (mayorados)
 Coeficientes parciales de seguridad según EHE‐08
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Parámetros geotécnicos básicos del terreno:
 Tensión de hundimiento (σh)
Valor de la tensión aplicada sobre el terreno que provoca su colapso mecánico. Define la máxima capacidad portante del terreno
 Tensión admisible (σadm = σh/γR)
Valor de la tensión considerada en los cálculos, obtenida mediante la minoración de la tensión de hundimiento por el coeficiente γR = 3,0
 Cohesión (c)
Fuerza intermolecular de unión existente entre las partículas del terreno. Su valor se expresa en unidades de tensión (kPa)
 Ángulo de rozamiento interno (φ)
Parámetro que define la fricción o fuerza de rozamiento existente entre las partículas del terreno, expresado normalmente en grados.
De él se obtiene el ángulo de rozamiento zapata‐terreno (δ ≤ 3/4 φ)
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Verificación de la estabilidad del cimiento:
 Solicitaciones actuantes en el plano de apoyo de la cimentación (sin mayorar):
 Solicitaciones procedentes de la estructura (N, M, V)
 Peso propio del cimiento (≈ 5 a 10% del axil)
 Momento adicional generado por el cortante (V∙h)
M
N
V
h NT
MT
Plano de cimentación
NT = N + P ≈ 1,10∙N
MT = M + V∙h
VT = V
VT
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Comprobación a hundimiento:
 Determinación de tensiones bajo zapata:
6e y 6ez 
NT MT ,Y MT , Z NT 




σ
1 

A
WY
WZ
ab
a
b 
 Criterios de comprobación de tensiones:
 σmáx ≤ σadm
a
 σmín ≥ 0 *
* Si no se cumple esta condición, se comprobará suponiendo una
distribución triangular de tensiones
en el terreno
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b
h
σmín
σmax
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Casos de cálculo a hundimiento:
 Caso 1: Carga centrada (e=0)
Distribución uniforme de tensiones (σ = NT / A ≤ σadm)
 Caso 2: Carga excéntrica (e≠0)
 Caso 2.A (e ≤ a/6)
Distribución de tensiones trapecial. Solicitación dentro del núcleo central de la zapata
 Caso 2.B (a/6 < e ≤ a/4)
Distribución de tensiones triangular. Solicitación fuera del núcleo central de la zapata. Despegue de la zapata
 Caso 2.C (e > a/4)
Zapata inestable al vuelco, considerando un coeficiente parcial de seguridad al vuelco de γE = 1,8 / 0,9 = 2,0 [Tabla 2.1 CTE DB SE‐C]
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Casos de cálculo a hundimiento en 2D:
Caso 2.A
Caso 2.B
σadm
σ1 
σadm
NT 
6e 
1

 σadm


ab
a 
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σ1 
4NT
 σadm
3(a  2e )  b
a

l  3  e   a
2 
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Casos de cálculo a hundimiento en 2D:
Alternativa a Casos 2.A y 2.B
e
2
σ
NT
e

a  b  1  2 
a

 σadm
Vk
σ
2
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h
Ntotal
Hundimiento y vuelco:
e
M  V  h MT

NP
NT
Armado:
e
Md  Vd  h MT ,d

Nd
Nd
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Comprobación a vuelco:
 En zapatas aisladas se verifica directamente aplicando la condición de hundimiento vista anteriormente (e ≤ a/4)
 Es de carácter secundario (comprobación indirecta)
 Comprobación a deslizamiento:
 Debe verificarse que las acciones desestabilizadoras (Ed) que propician el deslizamiento de la zapata sean inferiores a las máximas reacciones estabilizadoras (Rd) que puedan desarrollarse
E d  Rd  VT 
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R NT  tan δ  c  A

1,50
γR
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Cálculo de zapatas rígidas: [Art. 58.4.1.1]
 Modelo de bielas y tirantes:
 No es necesario comprobar nudos si
se emplea el mismo fck para zapatas
y pilares
 Cuantías de armado obtenidas por
cálculo para respuesta trapecial:
R1d
( x1  0,25a)  As f yd
0,85  d
N 
l  4e l
3e 
R1d  d  1   ;x1 

l 
l  3e 4
2 
Td 
f yd  400N/mm2
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Cálculo de zapatas flexibles:
[Art. 58.4.2.1]
 Armado a flexión:
S1
S2
d Sección de referencia S1, situada a una distancia genérica de 0,15∙a hacia el interior de la cara del soporte (sobrevuelo)
 Verificación a cortante:
Sección de referencia S2, situada a un canto útil
d desde la cara del soporte. No se empleará armadura adicional de cortante (aumentar canto)
S3 = u1
 Verificación a punzonamiento:
Sección de referencia S3, formada por el perímetro crítico u1, calculado sin armadura
de punzonamiento
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RK=`ži`ril=ab=w^m^q^p
 Cuantías mínimas de armado:
 Cuantía mecánica a tracción  Us = 0,04 Uc
 Cuantía geométrica por metro lineal de zapata y para cada dirección de armado: [Art. 42.3.5]
 Acero B 400 S/SD  As ≥ 0,0010 ∙ h (1‰)
 Acero B 500 S/SD  As ≥ 0,0009 ∙ h (0,9‰)
 Disposición de armaduras: [Art. 58.8.2]
 Separación entre barras no superior a 30 cm
 Recomendable emplear diámetros no inferiores a 12 mm
 Recomendable la utilización de mallas electrosoldadas
para facilitar la puesta en obra de la armadura
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SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p
 Elementos de una cimentación profunda:
 Pilotes
Elementos esbeltos encargados de transmitir las solicitaciones provenientes de la estructura al terreno
 Encepado
Elemento encargado de transmitir las solicitaciones del soporte a los pilotes y de hacerlos trabajar de forma solidaria
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SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p
 Encepados rígidos de 2 pilotes:
 Armadura principal inferior, siendo la tracción de cálculo Td:
Td 
Nd (v  0,25a)
 As f yd
0,85  d
f yd  400N/mm2
 Armadura secundaria:
 Cara superior: Al menos 1/10 de la capacidad mecánica de la inferior
 Armadura horizontal y vertical: Cercos de atado formando una retícula, con cuantía superior al 4‰
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SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p
 Encepados rígidos de 3 y 4 pilotes:
Td  0,68
Nd
(0,58l  0,25a)  As f yd
d
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T1d 
Nd (0,50l1  0,25a1 )
 As f yd
0,85  d
T2d 
Nd (0,50l2  0,25a2 )
 As f yd
0,85  d
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SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p
 Cálculo de encepados flexibles:
 Se calculan de la misma forma que las zapatas flexibles, considerando las secciones de referencia S1 (flexión) y S2 (cortante) y S3 (punzonamiento en pilotes)
S2
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SK=`fjbkq^`flkbp=molcrka^p
 Cálculo de pilotes: [Art. 58.6]
 Se considerará que el pilote trabaja biempotrado (α=0,5)
 A efectos de cálculo, se asimilan a un soporte aislado
Nd = fcd∙ Ac + As∙ fyd
 El diámetro de cálculo del pilote será:
dcal = 0,95∙ dnom
con dnom‐ 50 ≤ dcal ≤ dnom‐ 20 mm
Hincado
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In situ
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TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p
 Anclaje de la armadura inferior en zapatas:
[Art. 58.4]
ZAPATAS RÍGIDAS
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ZAPATAS FLEXIBLES
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TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p
 Vigas de atado entre zapatas: [Art. 58.5]
 En zona sísmica (ac ≥ 0,16 g) deben disponerse uniendo zapatas en dos direcciones ortogonales (NCSR‐02)
 Se calculan a tracción con un axil de cálculo igual a ac∙Nd, siendo Nd el axil máximo de las zapatas a atar
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TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p
 Disposición de armaduras en encepados:
 Armadura principal uniendo los centros de los pilotes
 Armadura secundaria en bandas (horizontal)
y cercos (vertical)
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TK=afpmlpf`flkbp=`lkpqor`qfs^p
 Perspectivas de armaduras en encepados:
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