1. DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES
OBJETIVOS
• OBJETIVOS: (Alguno de los dos gobierna el diseño)
– Que no ocurran asentamientos excesivos
• Asentamientos
(
= f compresibilidad )
• Asentamientos diferenciales
– Que el suelo no falle debido a la carga P = f (τ )
• Capacidad portante

2. Tipos de placas de cimentacion

3. Sistema suelo- estructura
Puede analizarse el suelo de forma
independiente de la estructura?

4. Sistema suelo- estructura
Estructura Supere
(superestructura structur
y cimentacion a
Cimenta Sistema
cion suelo-
Subsuelo
estructura
Zona de
compresion
del suelo

5. Interaccion suelo- estructura
a) Estructura flexible sobre placa rigida
b) Estructura rigida sobre placa rigida Afectan presiones
c) Estructura flexible sobre placa flexible sobre el suelo
d) Estructura rigida sobre placa flexible

6. Para predecir comportamiento es necesario conocer el tipo
de estructura:
• Aporticada con vigas y columnas
• Mamposteria estructural
• Sistema Outinord: Muros en concreto fundidos en sitio
• Etc.
Interaccion suelo estructura = Interaccion
Ingeniero geotecnista- ingeniero estructural

7. Cargas externas en una cimentacion
superficial sobre placa
Sobrecarga
Peso propio placa
Subpresion
agua
Presion
placa

8. Determinacion de cargas
• Sobrecarga: Calculo estructural
• Peso propio placa: Segun dimensiones seleccionadas
(Calculo estructural)
• Subpresion de agua (NF): Exploracion del subsuelo
(perforaciones)
• Presion de placa sobre suelo: Simplificacion:
Superestructura flexible.
Considerar solo deformabilidad de placa y
deformabilidad del suelo
Enfasis: Determinacion de la presion de
contacto
Asentamientos dependen de presion de
contacto

9. Profundidad de influencia (JÄNKE, 1975)
Presion media
Esfuerzo vertical
del suelo
Esfuerzo inducido por el
cimiento
Profundidad de influencia
cuando esfuerzo inducido
por el cimiento es inferior
al 20% del esfzo. vert. del
suelo

10. Metodos de calculo- Distribucion trapezoidal de
la presion de contacto
• Equilibrio de fuerzas
• No considera rigidez ni
deformaciones de la placa
• No considera deformaciones del
suelo
• Aplicable a cimientos muy
rigidos (cimientos masivos bajo
muros o columnas, muros de
contencion, etc.)
• Su aplicacion a placas de
cimentacion es limitada (rigidez)
• Generalmente resultados del
lado seguro

11. Metodos de calculo- Modulo de reaccion
WINKLER
• Modelo del suelo: resortes con constante ks
(modulo de reaccion)
• Presion de contacto proporcional al
asentamiento
• Limitantes: No considera distribucion
de esfuerzos lateralmente
Aplicable para:Vigas largas y placas grandes
flexibles, con pocas cargas puntuales,
placas sobre estratos blandos delgados
suprayaciendo estratos rigidos

12. Metodos de calculo- Modulo de rigidez
• Modelo del suelo:Esferas segun
teoria del semiespacio elastico e
isotropico de BOUSSINESQ
• Considera rigidez de la placa y
del suelo
• Principio:Compatibilidad de
deformaciones entre la placa y
el suelo
(Rigidez placa)
Modulo de rigidez del suelo

13. Distribucion trapezoidal de la presion de
contacto- Excentricidad en un eje (x o y)
b.
a.
V V
e
0 < e < B/6
e=0
σ (MÁX, MIN) = V/(a*b) (1 ± 6e/b)
B σ = V/(a*b)
c. d.
V V
e
u e
e = B/6 B/6 < e < B/3
σ MÁX, = 2*V/(a*b) σ MÁX, = 2*V/(3*a*u)
Figura 3.16

14. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
Zonas de posible
aplicacion de la
resultante V,
FUCHSSTEINER,
1957)

15. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zona 1

16. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zona 2 • Limite entre compresion y
tension rebasa centroide
del cimiento
Inestabilidad del
cimiento
• Caso debe evitarse

17. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zona 3

18. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zona 4

19. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zonas 3 y 4: V coincide con uno de los ejes

20. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• Zona 5

21. Distribucion trapezoidal de la presion de contacto-
Excentricidad en dos sentidos (x y y)
• HÜLSDÜNKER, 1964
Nomograma para el
calculo de la presion de
contacto maxima σOE
bajo la esquina E de un
cimiento rectangular con
carga V excentrica

22. Metodos de calculo- Modulo de reaccion
WINKLER (1867)

23. Metodos de calculo- Modulo de reaccion
Viga elastica de Principio:
σ ox = k s .s x
longitud infinita
Subsuelo
σox=Presion de contacto a una distancia x (KN/m2)
(Deformada) b= Ancho del cimiento (m)
Eb=Modulo elastico del cimiento (KN/m2)
I=Momento de inercia (m4)
(Momentos)

24. Metodos de calculo- Modulo de reaccion
Introduciendo L (longitud elastica)
Se tiene para una viga elastica de longitud infinita:
Presion de contacto:
Momento flector:
Fuerza cortante:

25. Determinacion del modulo de reaccion
Ks=σ0/s [KN/m3]
• Ks no es una constante del suelo
• Determinar ks de valores tipicos de la literatura
(precaucion)
• Ensayo de placa (profundidad de influencia pequena).
• A traves de calculo teorico de asentamiento con una
presion media de contacto.
• Retrocalculo a partir de medicion de asentamientos en
estructuras existentes
• Error en determinacionde ks puede ser pequeno por:

26. Diagrama de MAGNEL(1938) para el calculo de la presion de contacto
bajo vigas de longitud infinita en una direccion sometida a carga
puntual con apoyo tipo Winkler
Pk (KN/m)
L=Longitud elastica (m)
σoi (KN/m2)

27. Diagrama de MAGNEL(1938) para el calculo del momento flector en
vigas de longitud infinita en una direccion sometidas a carga puntual
con apoyo tipo Winkler
Pk (KN/m)
L=Longitud elastica (m)
Mi (KN-m/m)

28. Diagrama de MAGNEL(1938) para el calculo de fuerzas cortantes en
vigas de longitud infinita en una direccion sometidas a carga puntual
con apoyo tipo Winkler
Pk (KN/m)
L=Longitud elastica (m)
Qi (KN/m)

29. Metodo del modulo de reaccion
• Inicialmente creado para vias ferreas
(ZIMMERMAN, 1930)
• Imprecision en determinacion de k
• Considera concentracion de esfuerzos debidos
a columnas
• No considera transmision de esfuerzos entre
puntos contiguos
• En general sobredimensiona
• Aplicable para vigas largas de gruas, placas de
vias, aeropuertos, etc.

30. Metodos de calculo- Modulo de rigidez
• Modelo del suelo:Esferas
segun teoria del
semiespacio elastico e
isotropico de BOUSSINESQ
(1885)
• Considera rigidez de la
placa y del suelo
• Considera distribucion
lateral (superposicon de
esfuerzos) y en profundidad
de esfuerzos en el suelo
debidos a carga del
cimiento
(Rigidez placa)
Modulo de rigidez del suelo

31. Asentamiento bajo y alrededor de una cimiento circular rigido sobre el
semiespacio elastico isotropico segun BOUSSINESQ (1885)
Asentamiento bajo el Asentamiento alrededor del cimiento
cimiento

32. Relacion entre modulos en un medio elastico isotropico con relacion de
Poisson 0 ≤ v ≤ 0.5
Modulo de elasticidad Modulo de rigidez edometrica Modulo de deformacion

33. Efecto de la rigidez de un cimiento circular cargado uniformemente en
la distribucion de la presion de contacto en el semiespacio elastico
isotropico
Rigido
Flexible

35. Distribucion de presion de contacto bajo una viga rigida
transversalmente y de longitud infinita con carga lineal excentrica
P = C arg a lineal

36. Incidencia de la subpresion en la presion de contacto
σ0 y en el momento flector M
Sin subpresion Subpresion moderada Subpresion alta
• Tensiones no son posibles entre el suelo y la placa
• Corregir considerando presion de contacto =0

37. Metodo de las diferencias finitas
• Suposicion:Suelo reemplazado por resortes elasticos
(con una constante elastica k) ditribuidos uniformemente
• Ecuacion diferencial para el calculo de la deflexion de la
placa:
Lectura recomendadas:Cap. 17 Foundation Engineering Hanbook,
H.F. Winterkorn & H. Fang, Cap. 5 Numerical Methods in
Geotechnical Engineering, Ch. S. Desai, J.T. Christian

38. Resolucion de la ecuacion diferencial
• Division de la placa en areas cuadradas (hxh)
• Deflexion en un punto es expresada en terminos de la
deflexion de los puntos adyacentes con la siguiente
ecuacion:
• Deflexion en cada punto se calcula resolviendo el
sistema de ecuaciones para cada punto de interseccion

39. Resolucion de la ecuacion diferencial
wa, wt,...=deflexion en los puntos a, t, ...
q= reaccion de la subrasante por unidad de area de placa
D=rigidez de la placa
Q=Carga concentrada en el punto a

40. Resolucion de la ecuacion diferencial

41. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
• Aplicacion:Eliminar o reducir asentamientos de
cimentaciones superficiales sobre placas
σ1
σ2<σ1 σ1
Lectura recomendada:Cap. 18 Foundation Engineering Handbook, H.
Winterkorn & H. Fang

42. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos :Efecto de
sótanos–
Alivio de esfuerzos por excavación = γ * D = q exc
P
Carga total del edificio = edificio = q edificio
B*L
q exc ya generó asentamientos antes de
la construcción
• Sólo una parte de q edificio es nuevo
para el suelo.
• Sólo una parte de q edificio ocasiona
asentamientos
q neta = q edifc − q exc
Calcular ∆σ z con carga neta

43. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
q edificio= q excavacion
Compensacion total teoricamente s=0
e
Construccion edificio (Cr)
dσz
Excavacion (Cs)
Rebote
Log σ
σ’0

44. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
q edificio > q excavacion
Compensacion parcial s>0
e
Construccion edificio(Cr )
dσz
Excavacion (Cs) Rama virgen Cc
Rebote
Log σ
σ’0

45. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
Rebote del fondo de la excavacion= Posterior asentamiento de la
estructura
-ds
Causas:
1. Deformacion elastica por descompresion
2. Hinchamiento por incremento de humedad debido a
descompresion
3. Movimientos plasticos del suelo alrededor hacia la excavacion

46. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
Control del rebote
Excavacion y carga de edificio por etapas

47. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
Control del rebote
Construccion de pilotes a traccion

48. Cimentaciones compensadas para el
control de asentamientos
Consideraciones de diseno
• Subpresion (por NF) sobre placa
• Sistemas de contencion para muros de sotanos
• Humedad en pisos y muros de sotanos por
infiltraciones del agua freatica: Muros falsos
• Sistema de drenaje (pozos eyectores):
Abatimiento regional del NF
Asentamientos de estructuras vecinas