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  1. 1. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZMECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONESCAPITULO 4: CIMENTACIONES DIRECTAS
  2. 2. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZINDICE CAPITULO 4: CIMENTACIONES DIRECTAS4 CIMENTACIONES DIRECTAS............................................................................... 34.1 Tipología............................................................................................................... 34.1.1 Zapatas aisladas.............................................................................................. 44.1.2 Zapatas combinadas y corridas....................................................................... 64.1.3 Pozos de cimentación ..................................................................................... 64.1.4 Emparrillados ................................................................................................. 74.1.5 Losas............................................................................................................... 74.2 Análisis y dimensionado....................................................................................... 94.2.1 Criterios básicos ............................................................................................. 94.2.1.1 Concepto de hundimiento.................................................................. 94.2.1.2 Rigidez relativa terreno-estructura. Esfuerzos sobre loselementos de cimentación................................................................. 94.2.1.3 Modelos de interacción. Módulo de balasto................................. 174.2.2 Verificaciones............................................................................................... 194.2.2.1 Estados límite últimos ...................................................................... 194.2.2.1.1 Hundimiento................................................................................. 214.2.2.1.2 Deslizamiento.............................................................................. 224.2.2.1.3 Vuelco........................................................................................... 224.2.2.1.4 Estabilidad global........................................................................ 224.2.2.1.5 Capacidad estructural del cimiento.......................................... 234.2.2.2 Estados límite de servicio................................................................ 234.2.2.3 Otras comprobaciones adicionales................................................ 234.2.3 Variables básicas y parámetros del terreno .................................................. 254.2.3.1 Estados límite últimos ...................................................................... 254.2.3.2 Estados límite de servicio................................................................ 284.3 Presión admisible y de hundimiento................................................................... 294.3.1 Generalidades ............................................................................................... 294.3.1.1 Definiciones ....................................................................................... 294.3.1.2 Métodos para la comprobación del estado límite último dehundimiento ....................................................................................... 304.3.1.3 Área equivalente de un cimiento.................................................... 304.3.2 Determinación de la presión de hundimiento mediante métodos analíticos. 324.3.2.1 Expresión analítica básica............................................................... 324.3.3 Método simplificado para la determinación de la presión vertical admisiblede servicio en suelos granulares ................................................................... 344.3.4 Presiones verticales admisibles para cimentaciones en roca........................ 364.3.4.1 Dimensionado según normas ......................................................... 364.3.4.2 Cálculo analítico simplificado.......................................................... 364.4 Asiento de las cimentaciones directas ................................................................ 392
  3. 3. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4 CIMENTACIONES DIRECTAS4.1 TipologíaUna cimentación directa es aquella que reparte las cargas de la estructura en un planode apoyo horizontal (véase Figura 4.1). Las cimentaciones directas se emplearán paratrasmitir al terreno las cargas de uno o varios pilares de la estructura, de los muros decarga o de contención de tierras en los sótanos, de los forjados o de toda la estructura.Cuando las condiciones lo permitan se emplearán cimentaciones directas, quehabitualmente, pero no siempre, se construyen a poca profundidad bajo la superficie,por lo que también son llamadas cimentaciones superficiales.Los tipos principales de cimentación directa y su utilización más usual se recogen en latabla 4.1. y figura 4.2.3
  4. 4. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.1.1 Zapatas aisladasCuando el terreno sea firme y competente, se pueda cimentar con una presión mediaalta y se esperen asientos pequeños o moderados, la cimentación normal de lospilares de un edificio estará basada en zapatas individuales o aisladas.En general, las zapatas interiores serán de planta cuadrada, tanto por su facilidadconstructiva como por la sencillez del modo estructural de trabajo. Sin embargo, podráconvenir diseñar zapatas de planta rectangular o con otra forma, entre otros, en lossiguientes casos: a) las separaciones entre crujías sean diferentes en dos sentidosperpendiculares; b) existan momentos flectores en una dirección; c) los pilares sean desección rectangular; d) se haya de cimentar dos pilares contiguos separados por unajunta de dilatación; e) casos especiales de difícil geometría.Si los condicionantes geométricos lo permiten, las zapatas de medianería serán deplanta rectangular, preferentemente con una mayor dimensión paralela a lamedianería, y las de esquina de planta cuadrada.Desde el punto de vista estructural se tendrán en cuenta las prescripciones de lainstrucción EHE (Figura 4.3), y se considerarán estructuralmente rígidas las zapatascuyo vuelo v, en la dirección principal de mayor vuelo, sea menor o igual que dosveces el canto h (v ≤ 2h). Las zapatas se considerarán flexibles en caso contrario (v >2h).4
  5. 5. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZLas zapatas aisladas se podrán unir entre sí mediante vigas de atado o soleras, quetendrán como objeto principal evitar desplazamientos laterales. En especial se tendráen cuenta la necesidad de atado de zapatas en aquellos casos prescritos en la Normade Construcción Sismorresistente NCSE vigente.Podrá ser conveniente unir zapatas aisladas, en especial las fuertemente excéntricascomo son las de medianería y esquina, a otras zapatas contiguas mediante vigascentradoras para resistir momentos aplicados por muros o pilares, o para redistribuircargas y presiones sobre el terreno (véase Figura 4.4).Para cumplir este cometido se podrá disponer asimismo de otras múltiplesposibilidades de diseño (contribución de forjados, introducción de tirantes, etc.),debiendo justificarse en cada caso.En el caso de vigas de atado o vigas centradoras hormigonadas directamente sobre elterreno, deben considerarse los posibles esfuerzos derivados del asiento previsto enlas zapatas unidas por ellas. Del mismo modo se considerarán los efectos derivadosde cualquier otro movimiento relativo que pueda inducir esfuerzos sobre dichas vigas ysobre los demás elementos de cimentación unidos por ellas. En especial no seconsidera aconsejable recurrir al apoyo directo de las vigas de unión entre zapatas enel caso de cimentar sobre terrenos metaestables (expansivos o colapsables).5
  6. 6. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.1.2 Zapatas combinadas y corridasCuando la capacidad portante del terreno sea pequeña o moderada, existan variospilares muy próximos entre sí, o bien las cargas por pilar sean muy elevadas; eldimensionado de los cimientos puede dar lugar a zapatas aisladas muy cercanas,incluso solapadas. En ese caso se podrá recurrir a la unión de varias zapatas en unasola, llamada zapata combinada cuando recoja dos o más pilares, o zapata corridacuando recoja tres o más alineados.El diseño de zapatas combinadas o corridas podrá ser recomendable para evitarmovimientos o asientos diferenciales excesivos entre varios pilares, ya sea por unavariación importante de sus cargas o por posibles heterogeneidades del terreno decimentación.Asimismo, si en la base de pilar se producen momentos flectores importantes, lo quepuede dar lugar a excentricidades grandes, las zapatas combinadas y corridas podránconstituir una solución apropiada, ya que podrán facilitar que, en su conjunto, la cargatotal se sitúe relativamente centrada con el centro de gravedad de la zapata.La forma habitual en planta de las zapatas combinadas será la rectangular, aunqueocasionalmente podrá resultar conveniente emplear zapatas combinadas de formasirregulares, particularmente de planta trapecial.Un caso particular de zapata corrida será la empleada para cimentar muros. En elcaso de muros de sótano en los que los pilares forman parte del muro sobresaliendodel mismo, el cimiento del muro más el pilar puede considerarse una zapata corridaque generalmente tendrá un ensanchamiento en la zona del pilar en sentidotransversal.4.1.3 Pozos de cimentaciónSe podrán realizar pozos de cimentación cuando el terreno lo permita y la ejecuciónsea ventajosa con respecto a otras soluciones.Los pozos más habituales en edificación son de dos tipos (véase Figura 4.5). Elprimero consiste en un relleno de la excavación desde la cota de apoyo con hormigónpobre, situando la zapata encima de éste de forma que se transmitan las cargas a laprofundidad deseada. El segundo tipo, menos habitual, consiste en bajar la cota dezapata hasta alcanzar el nivel de terreno competente de apoyo, elevando acontinuación un plinto de gran rigidez con el fin de evitar problemas de pandeo.6
  7. 7. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZLa comprobación de los estados límite último y de servicio se hará sobre el plano deapoyo elegido de forma análoga al de zapatas aisladas, añadiendo a las cargastransmitidas por la estructura el peso de la columna de hormigón pobre.En la comprobación del estado límite último frente al hundimiento debe tenerse encuenta la profundidad del plano de apoyo y el empleo del concepto de presión neta.En el caso de que no se justifique la colaboración lateral del terreno siguiendo loscriterios de la mecánica del suelo y existan momentos o esfuerzos horizontalesapreciables se deben introducir vigas centradoras.4.1.4 EmparrilladosCuando el terreno presente baja capacidad de carga y elevada deformabilidad, o bienmuestre heterogeneidades que hagan prever asientos totales elevados y,consiguientemente, importantes asientos diferenciales, se podrá cimentar por elsistema de emparrillados.En este caso todos los pilares de la estructura quedarán recogidos en una únicacimentación, consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmenteortogonal. Al quedar así reunidos todos los apoyos de la estructura en una solacimentación se podrá conseguir una considerable rigidización con el fin de disminuir elproblema de la heterogeneidad del terreno impidiendo grandes asientos diferenciales.4.1.5 LosasSe podrán emplear en los casos indicados en el apartado anterior o cuando el áreacubierta por posibles cimentaciones aisladas o por emparrillados cubra un porcentajeelevado de la superficie de ocupación en planta del edificio.Las losas de cimentación pueden ser de los siguientes tipos: continua y uniforme, conrefuerzos bajo pilares, con pedestales, con sección en cajón, nervada, aligerada.(Figura 4.6)La losa recogerá los elementos estructurales del edificio y cubrirá el área disponible,dando así lugar a la mínima presión unitaria, pero a la máxima anchura decimentación. Especialmente en el caso de suelos compresibles de gran espesor, estasconsideraciones pueden dar lugar a asientos considerables a no ser que se planteencompensaciones de cargas.7
  8. 8. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZFigura 4.6. Tipos de losas de cimentaciónLas losas de cimentación se utilizarán preferentemente para reducir los asientosdiferenciales en terrenos heterogéneos, o cuando exista una variabilidad importante decargas entre apoyos cercanos. El sistema de cimentación por losa tiende a integrarestas heterogeneidades, aunque a cambio de una distribución irregular de laspresiones sobre el terreno.También podrá ser conveniente una solución mediante losa cuando, aunque el terrenode apoyo sea homogéneo y resistente, el edificio contenga sótanos y su cota inferiorse sitúe por debajo del nivel freático. En estos casos se debe tener en cuenta losposibles empujes ascensionales del agua subálvea (subpresión) y los requisitos deestanquidad necesarios.Cuando el edificio vaya a disponer de sótanos y se vaya a cimentar por medio de losa,es posible que el peso de las tierras excavadas sea semejante al peso total deledificio. En ese caso, la presión unitaria neta que transmitirá la losa al terreno será delmismo orden de magnitud que la presión efectiva preexistente, y los asientos seránprobablemente de pequeña entidad. Esta situación particular se denomina cimentacióncompensada.La cimentación compensada de edificios con zonas de diferente altura (y por tanto depeso) podrá requerir la disposición de un número variable de sótanos distribuidos deforma proporcional al número de plantas a construir por encima de la superficie delterreno. En estas circunstancias será preciso disponer juntas estructuralesdebidamente tratadas entre las diferentes zonas del edificio, e intentar que el centro de8
  9. 9. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZgravedad de las acciones de la estructura en cada zona coincida con el centro degravedad de las losas, de forma que se reduzca cualquier tendencia al giro. Asimismoserá necesario analizar con detalle los asientos inducidos sobre las construccionescolindantes.4.2 Análisis y dimensionado4.2.1 Criterios básicos4.2.1.1 Concepto de hundimientoEn un cimiento, la aplicación de una carga vertical creciente V, da lugar a un asientocreciente, (Figura 4.7). Las diversas formas que pueden adoptar las curvas presión-asiento dependen en general de la forma y tamaño de la zapata, de la naturaleza yresistencia del suelo y de la carga aplicada (tipo, velocidad de aplicación, frecuencia,etc.).Mientras la carga V sea pequeña o moderada, el asiento crecerá de maneraaproximadamente proporcional a la carga aplicada. Sin embargo, si la carga V sigueaumentando, la pendiente de la relación asiento-carga se acentuará, llegandofinalmente a una situación en la que puede sobrepasarse la capacidad portante delterreno, agotando su resistencia al corte y produciéndose movimientos inadmisibles,situación que se identifica con el hundimiento.La carga V para la cual se alcanza el hundimiento es función de la resistencia al cortedel terreno, de las dimensiones y forma de la cimentación, de la profundidad a la queestá situada, del peso específico del terreno y de las condiciones del agua subálvea.4.2.1.2 Rigidez relativa terreno-estructura. Esfuerzos sobre los elementos decimentaciónLa transmisión de las cargas del edificio al terreno plantea un complejo problema deinteracción entre los tres elementos implicados: estructura, cimentación y terreno. Losprincipales factores a considerar en dicho proceso de interacción serán el tipo ycaracterísticas del terreno, la forma y dimensiones de la cimentación y la rigidezrelativa terreno-estructura y terreno-cimentación.9
  10. 10. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZAparte de la rigidez de la cimentación, la propia rigidez de la estructura a cimentarinducirá también restricciones al movimiento y a la respuesta asociada del terreno. Enel caso más general, cuando el terreno tienda a asentar por efecto de la presiónaplicada, la estructura, en función de su rigidez, redistribuirá sus esfuerzos,modificando a su vez las solicitaciones sobre los cimientos y el terreno. La situación deequilibrio final dependerá por tanto de la rigidez relativa del conjunto terreno- cimiento-estructura.En la actualidad no se dispone de métodos analíticos que permitan determinar conexactitud las cargas de estructura y su redistribución en función de la respuesta delterreno y los esfuerzos sobre los cimientos correspondientes al equilibrio final.Salvo en los casos en que tanto la estructura como la cimentación se considerenrígidas, los esfuerzos en zapatas corridas, emparrillados y losas de cimentación seevaluarán teniendo en cuenta los fenómenos de interacción terreno-estructura. Enestos casos se podrán emplear los conceptos y métodos simplificados de lossiguientes apartados.A) Concepto de rigidez relativa terreno-estructuraPara ilustrar el fenómeno de la interacción, la Figura E.1 a) muestra el casosencillo de una zapata, infinitamente flexible, apoyada directamente sobre lasuperficie de un terreno horizontal, sobre la que se aplica una presión uniforme.Por efecto de ésta, el terreno y la zapata sufrirán un asiento, que resultará mayoren el centro que en los extremos y no se limitará al área cargada, sino que seextenderá a ambos lados de ella hasta una cierta distancia. Por ser infinitamenteflexible, la zapata no será capaz de soportar momentos flectores y, enconsecuencia, la distribución de presiones con que el terreno reaccionará seráidéntica a la distribución uniforme de presiones colocada sobre la zapata.Si por el contrario, la zapata fuera infinitamente rígida (véase Figura E.1 b), elasiento de la zapata sería uniforme. En casos intermedios de rigidez, el valormedio del asiento podrá ser similar al anterior, pero su distribución estará,evidentemente, condicionada por la rigidez del cimiento. Así, bajo los extremos dela zapata (zonas AB y CD), el asiento será mayor que el correspondiente a lazapata flexible; mientras que en el centro (zona BC), el asiento será menor. Enconsecuencia, las presiones de respuesta del terreno en los extremos de la zapatarígida serán superiores a las correspondientes a la zapata flexible y, por elcontrario, en su centro serán menores. Resulta así una distribución no uniforme depresiones, caracterizada por unos valores máximos en los extremos y un valormínimo en el centro.10
  11. 11. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSi el terreno se considerara elástico y de resistencia indefinida, la presión bajo losbordes A y D de la zapata rígida sería infinita. Dado que la resistencia del terrenoes limitada, dichas presiones podrán ser elevadas, pero tendrán un valor finito. Enel caso de arcillas (véase Figura E.2.a), la distribución de presiones será engeneral muy semejante a la teórica del ejemplo anterior. Sin embargo, laresistencia limitada del terreno producirá en los extremos unas zonas deplastificación que atenuarán las presiones de borde y las redistribuirá hacia elcentro de la zapata. En el caso de arenas, dado que la falta de confinamiento en elborde de la zapata, supuesta ésta en superficie, no permitiría el desarrollo depresiones elevadas, la distribución tomará en general la forma parabólica que seindica en la Figura E.2.b.11
  12. 12. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZB) Estimación de las condiciones de rigidez relativa terreno-estructuraLa rigidez relativa de la estructura con respecto al terreno podrá estimarsemediante la evaluación del factor Kr definido en la expresión siguiente:3BEIEKSBEr =Siendo:EE: el módulo de deformación global representativo de los materialesempleados en la estructura;IB: el momento de inercia de la estructura, por metro de ancho;BES: el módulo de deformación del terreno;B: el ancho de la cimentación.El numerador de la expresión anterior representa la rigidez de la estructura pormetro de ancho del edificio, que puede estimarse sumando las rigideces de lacimentación y de los elementos estructurales que gravitan sobre ella (vigas,forjados, muros).En principio, se considerará que la estructura es rígida en relación con el terrenocuando Kr> 0,5. Si Kr< 0,5, se considerará flexible.C) Criterios de rigidez para cimentaciones directasSe podrá considerar que una zapata aislada es rígida (concepto de rigidez relativa)cuando a efectos de cálculo, la distribución de presiones a que de lugar sobre elterreno pueda considerarse lineal. A efectos prácticos, se considerará aceptable lahipótesis de rigidez relativa cuando (Figura E.3):444 sBCCBkIEvπ≤12
  13. 13. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSiendov: el vuelo de la zapata en una dirección cualquiera;Ec: el módulo de deformación del material de la zapata (usualmentehormigón armado) representativo del tipo de carga y su duración;IC: el momento de inercia de la sección de la zapata perpendicular a ladirección del vuelo considerado respecto a la horizontal que pasa por sucentro de gravedad;B: el ancho de la zapata en dirección perpendicular al vuelo considerado.ksB: el módulo de balasto de cálculo, representativo de las dimensiones delcimiento.La condición expresada en el apartado anterior será también de aplicación al casode zapatas corridas en la dirección transversal a la misma.En el caso de no cumplirse, la zapata se considerará flexible, y la distribución depresiones sobre el terreno y sus esfuerzos se obtendrán a partir de modelos decálculo que consideren la interacción suelo-estructura.La condición anteriormente indicada suele verificarse con los cantos y vuelosusuales en zapatas aisladas sobre suelos. En cualquier caso se debe comprobar elcumplimiento de esta condición si se desea efectuar el cálculo con la hipótesis dedistribución lineal de presiones sobre el terreno.13
  14. 14. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSalvo en el caso de zapatas aisladas sobre suelos muy rígidos o sobre roca, elcumplimiento de la rigidez estructural definida en el apartado 4.2.1.4 suele ser másrestrictivo que la condición de rigidez relativa definida en este apartado.En el caso general de que sobre una zapata aislada actúen momentos además decargas verticales, se recomienda que la resultante de las acciones pase por elnúcleo central de inercia.Se considerará que una zapata combinada o corrida es rígida cuando a efectos decálculo la distribución de presiones a que da lugar sobre el terreno puedaconsiderarse lineal. A efectos prácticos se considerará aceptable la hipótesis derigidez relativa cuando (véase Figura E.4):42 sBCCBkIEπ≤l444 sBCCBkIEvπ≤Siendoℓ : la luz del vano que separa, bien los dos pilares de una zapatacombinada, bien dos pilares cualesquiera de una zapata corrida;v: la luz de cualquier voladizo en dirección longitudinal;B: el ancho de la zapata (dirección transversal);EC: el módulo de deformación del material de la zapata (usualmentehormigón armado) representativo del tipo de carga y su duración;IC: el momento de inercia de la zapata en un plano vertical, transversal(perpendicular al plano de alineación de pilares), respecto a lahorizontal que pasa por su centro de gravedad;ksB: el módulo de balasto de cálculo, representativo de las dimensiones delcimiento.14
  15. 15. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZEn el caso de no cumplirse la condición anterior la zapata se considerará flexible.A efectos de cálculo y para los cantos habituales, las zapatas corridas que seempleen para el apoyo de 3 o más pilares, los emparrillados y las losas, sediseñarán mediante el empleo de modelos de cálculo que tengan en cuenta lainteracción suelo-estructura. No obstante se considerará que estos elementos sonrígidos y que la distribución de presiones en el suelo es lineal cuando se cumplansimultáneamente las condiciones de rigidez definidas en el apartado 4.2.1.4 y eneste apartado.D) Influencia del tamaño de la cimentaciónEl incremento de presión transmitido al terreno por una cimentación directadisminuye progresivamente en profundidad con la distancia a ésta. A efectos decálculo y salvo en el caso de suelos blandos, se podrá suponer que el límite deinterés se circunscribe a puntos del terreno en los que el incremento de la presiónvertical resulte mayor o igual al 10% de la presión media de contacto bajo lacimentación.El lugar geométrico del espacio de suelo definido en el apartado anterior sedenomina habitualmente bulbo de tensiones, cuya forma cualitativa se muestra enla Figura E.5. El incremento de presión recibido por el suelo más allá de este bulboserá, en la mayoría de los casos, lo suficientemente pequeño como para que susefectos sean comparativamente despreciables, aunque en general debecomprobarse.Las observaciones anteriores indican que, a igualdad del resto de condiciones, elasiento que experimentará una cimentación directa dependerá de las dimensionesdel área cargada.Este efecto se muestra de forma cualitativa en la Figura E.6, en donde serepresentan dos pilares que, recibiendo cargas distintas, transmiten presionesmedias idénticas al terreno. Habida cuenta que la zapata de mayor tamaño tendráuna profundidad de influencia mayor (mayor bulbo de tensiones y mayor volumende terreno sobretensionado), su asiento será también mayor.15
  16. 16. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZComo efecto adicional con respecto al fenómeno de la interacción, si ambospilares pertenecen al mismo edificio y se encuentran conectados por la estructura,la tendencia al mayor asiento del pilar 2 originará una redistribución de esfuerzosen la estructura, que tenderá a su vez a descargar dicho pilar y transmitir parte desu carga a los pilares adyacentes.Se debe por tanto prestar especial atención al diseño de las cimentaciones deestructuras con gran heterogeneidad de cargas ya que, incluso en la hipótesis dehomogeneidad del terreno, el dimensionado realizado exclusivamente en funciónde una determinada presión admisible podría dar lugar a asientos diferencialesinadmisibles.Asimismo, será de gran interés disponer de suficiente información geotécnicareferente al posible crecimiento del módulo de deformación del terreno con laprofundidad, factor éste que puede contribuir a atenuar los asientos diferencialesasociados a la variación de las dimensiones de las zapatas.Si el diseño de las cimentaciones da lugar a zapatas relativamente próximas, losbulbos de tensiones de las zapatas individuales solaparán en profundidad, por loque, a efectos de asiento, habrá que comprobar la cimentación como si tuviera elancho total del conjunto de las zapatas (véase la Figura E.7).16
  17. 17. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.2.1.3 Modelos de interacción. Módulo de balastoPara casos sencillos y habituales, se podrán emplear métodos basados en elmodelado del terreno por medio de coeficientes de balasto, sistema éste que, aunquesujeto a limitaciones, cuenta con una amplia experiencia práctica.El módulo de balasto ks se define como el cociente entre la presión vertical, q,aplicada sobre un determinado punto de una cimentación directa y el asiento, s,experimentado por dicho punto:sqks =El módulo de balasto así definido, tiene unidades de densidad, lo que indica que lahipótesis efectuada equivale a suponer que el terreno es un líquido de densidad ks,sobre el que “flota” la cimentación.La estimación del módulo de balasto podrá realizarse:a) A partir de ensayos de carga con placa. De acuerdo con la profundidad deinfluencia correspondiente al bulbo de presiones de una cimentación, y dadoque las placas de ensayo son necesariamente de pequeño tamaño, se debeprestar especial atención a la conversión del módulo obtenido en el ensayo, ksp,al módulo de cálculo representativo de la anchura, B, real del cimiento, ksB. Aeste respecto se recomienda emplear placas de diámetro equivalente igual osuperior a 60 cm.b) A partir de la determinación de parámetros de deformabilidad representativosdel terreno bajo la zona de influencia de la cimentación, ya sea medianteensayos in situ o de laboratorio, y el posterior cálculo geotécnico de asientos.La conversión del módulo para placa de 30 cm, ks30 (véase tabla adjunta), alcoeficiente de referencia, ksB, se puede obtener mediante las siguientesexpresiones:17
  18. 18. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ• Para zapata cuadrada de ancho B:a) Para terrenos cohesivos:)(3,030mBkk spsB =b) Para terrenos granulares:230)(23,0)(⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅+=mBmBkk spsB• Para zapata rectangular de ancho B, en cualquier tipo de terreno:⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅+=)(2)(1mLmBkk sBsBLLa conversión del módulo para placa de 60 cm (ks60) al coeficiente de referenciaksB se puede obtener mediante las siguientes expresiones:-Para zapata cuadrada de ancho B:a) Para terrenos cohesivos:)(6,060mBkk spsB =b) Para terrenos granulares:2260)(23,0)(6,023,06,0⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅+⎟⎠⎞⎜⎝⎛⋅+=mBmBkkspsBPara la cimentación de losas y emparrillados la fiabilidad de los módulos debalasto obtenidos a partir de ensayos de carga puede resultar insuficiente, dadoslos efectos de escala implicados. En estas circunstancias, se recomienda recurrira la comprobación de dichos módulos a partir de la determinación de parámetrosde deformabilidad bajo la zona de influencia de la cimentación, medianteensayos in situ o de laboratorio o, alternativamente, recurrir al empleo demétodos y modelos del terreno más avanzados.La observación anterior puede cobrar especial importancia en el caso de existirterrenos heterogéneos en la vertical (terrenos estratificados), cuando bajo unestrato rígido existe otro más deformable. En estas circunstancias (véase laFigura E.8) el reducido bulbo de tensiones de la placa de ensayo puede quedarlimitado a las zonas más competentes del terreno, y no reflejar la deformabilidaddel conjunto terreno-cimentación.18
  19. 19. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZPara aquellas situaciones en las que las características del terreno o laestructura resulten especialmente complejas (en el sentido de no ajustarse a lapráctica habitual), será preferible emplear métodos avanzados que incorporenmodelos de comportamiento del terreno más acordes con la realidad.Para situaciones en las que el terreno resulte heterogéneo en sentido horizontal,será recomendable emplear herramientas de cálculo que permitan introducirmódulos de balasto variables capaces de reproducir dicha heterogeneidad.4.2.2 VerificacionesLas comprobaciones para verificar que una cimentación superficial cumple losrequisitos necesarios se basan en el método de los estados límite (estados límiteúltimos y estados límite de servicio).4.2.2.1 Estados límite últimosSe debe verificar que el coeficiente de seguridad disponible con relación a las cargasque producirían el agotamiento de la resistencia del terreno para cualquier mecanismoposible de rotura, sea adecuado. Los estados límite últimos que siempre habrán deverificarse para las cimentaciones directas, son (véase Figura siguiente):a) hundimiento;b) deslizamiento;c) vuelco;d) estabilidad global;e) capacidad estructural del cimiento.La verificación de estos estados límite para cada situación de dimensionado se haráutilizando la expresión siguiente, y los coeficientes de seguridad parciales para laresistencia del terreno y para los efectos de las acciones del resto de la estructurasobre la cimentación definidos en la tabla 2.1.Ed<Rd19
  20. 20. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSiendoEd: el valor de cálculo del efecto de las accionesRd: el valor de cálculo de la resistencia del terreno20
  21. 21. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.2.2.1.1 HundimientoEl hundimiento se alcanzará cuando la presión actuante (total bruta) sobre el terrenobajo la cimentación supere la resistencia característica del terreno frente a este modode rotura, también llamada presión de hundimiento. En el apartado 4.3 se establece elmétodo para su determinación.21
  22. 22. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZEl valor de cálculo de la resistencia del terreno o presión admisible se obtendráaplicando la expresión del apartado anterior y los coeficientes parciales de la tabla 2.1.Teniendo en cuenta el valor de los coeficientes de la tabla 2.1, la resistencia delterreno puede expresarse para cada situación de dimensionado mediante la siguienteecuación:RkdRRγ=SiendoRk: el valor característico de la presión de hundimiento (qh)γR: el coeficiente parcial de resistencia de la tabla 2.1.4.2.2.1.2 DeslizamientoSe podrá producir este modo de rotura cuando, en elementos que hayan de soportarcargas horizontales, las tensiones de corte en el contacto de la cimentación con elterreno superen la resistencia de ese contacto.En el caso de zapatas estructuralmente ligadas entre sí en la comprobación aldeslizamiento debe considerarse la redistribución de las acciones horizontales entreellas.4.2.2.1.3 VuelcoSe podrá producir este modo de rotura en cimentaciones que hayan de soportarcargas horizontales y momentos importantes cuando, siendo pequeño el anchoequivalente de la cimentación (véase apartado 4.3.1.3), el movimiento predominantesea el giro de la cimentación.La verificación frente al vuelco debe realizarse en todos los elementos de cimentaciónque se ajusten a las consideraciones anteriores, tanto en forma aislada como conjunta,del edificio completo o de todo elemento estructuralmente independiente, cuando en elequilibrio intervengan acciones o reacciones procedentes del terreno.En general en el equilibrio no se considerará la colaboración del empuje pasivo, amenos que pueda garantizarse que el terreno que lo produce estará siempre presente.4.2.2.1.4 Estabilidad globalUn edificio podrá fallar globalmente, sin que se produzcan antes otros fallos locales,cuando se forme una superficie de rotura continua (superficie de deslizamiento) queenglobe una parte o toda la cimentación, y en la que los esfuerzos de corte alcancen elvalor de la resistencia al corte del terreno.Este tipo de rotura es típico en cimientos próximos a la coronación de taludes deexcavación o relleno, o en medias laderas, particularmente si éstas presentan unaestabilidad natural precaria.22
  23. 23. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.2.2.1.5 Capacidad estructural del cimientoEste estado límite se alcanzará cuando los valores de cálculo de los efectos de lasacciones en los elementos estructurales que componen el cimiento superen el valor decálculo de su capacidad resistente como elemento estructural.Las acciones del terreno sobre las cimentaciones, para verificar la capacidadestructural de las mismas, se determinarán siguiendo los criterios expuestos en4.2.1.2.4.2.2.2 Estados límite de servicioLas tensiones transmitidas por las cimentaciones dan lugar a deformaciones delterreno que se traducen en asientos, desplazamientos horizontales y giros de laestructura que, si resultan excesivos, podrán originar una pérdida de la funcionalidad,producir fisuraciones, agrietamientos, u otros daños (véase la Figura siguiente).Se debe verificar que:a) los movimientos del terreno serán admisibles para el edificio a construir;b) los movimientos inducidos en el entorno no afectarán a los edificioscolindantes.Las limitaciones de movimiento o los movimientos máximos admisibles se estipularánen cada caso en función de la estructura de que se trate.4.2.2.3 Otras comprobaciones adicionalesLas condiciones que aseguren el buen comportamiento de la cimentación habrán demantenerse durante su vida útil, lo que hará necesario considerar la posible evoluciónde las condiciones iniciales debido, entre otras, a las siguientes causas:a) cambios de volumen espontáneos, como en el caso del colapso de rellenos malcompactados o suelos naturalmente colapsables (loess, algunos limos yesíferos,etc.);23
  24. 24. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZb) cambios de volumen debidos a modificaciones en el estado de humedad deterrenos arcillosos potencialmente expansivos;c) fenómenos de disolución kárstica;d) socavación en los cauces y orillas de los ríos;e) erosión interna del terreno por rotura de colectores u otras conducciones deagua;f) deterioro de los hormigones de las cimentaciones en contacto con terrenos oaguas subálveas agresivas;g) oscilaciones del nivel del agua que puedan dar lugar a cambios en los niveles detensiones efectivas o a alteraciones en la resistencia o deformabilidad del suelo.Debe tomarse en consideración que la seguridad de la cimentación puede versecomprometida por los problemas siguientes:a) estabilidad de excavaciones durante la ejecución de la cimentación;b) asientos por mala calidad en la construcción (por ejemplo, falta de limpieza delfondo de las excavaciones);c) problemas de impermeabilización en sótanos y soleras;d) posibles excavaciones futuras junto a la cimentación a realizar;e) efectos sísmicos sobre el propio terreno de cimentación (licuefacción).En el caso de cimentaciones en roca pueden concurrir problemas diversos debidos ala estructura, orientación de diaclasas, anisotropía, etc. del macizo. De formaorientativa, en la Figura siguiente se muestran algunas de las situaciones querequerirán un análisis específico desde el punto de vista de la estabilidad o de ladeformabilidad.24
  25. 25. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.2.3 Variables básicas y parámetros del terreno4.2.3.1 Estados límite últimosPara la verificación del estado límite último frente al hundimiento en suelos seránecesario contar con una estimación fiable de la resistencia al corte característica delas unidades geotécnicas relevantes. Dicha resistencia vendrá expresada, en términosde tensiones efectivas, por el ángulo de rozamiento interno (φ’) y la cohesión (c’),preferiblemente obtenidos mediante ensayos de corte triaxiales (CU ó CD). Noobstante, se podrá recurrir a las siguientes simplificaciones:a) En suelos granulares limpios y sin cohesión que no contengan más de un30% en peso de partículas de más de 20 mm. de diámetro, se podrá estimarel ángulo de rozamiento interno a partir de métodos indirectos tales como elgolpeo del ensayo SPT o la resistencia por la punta del penetrómetroestático, qc según la tabla 4.1 (Figura D.1).Para la verificación directa del estado límite último de hundimiento se podrá recurrirasimismo a los métodos simplificados descritos en el apartado 4.3.3, basados enensayos de penetración. Si se dispone de resultados de ensayos de penetraciónestática, la resistencia por la punta medida, qc, se podrá correlacionar con el golpeodel ensayo SPT de acuerdo con la tabla 4.2 (Figura D.2) en función de lagranulometría del terreno.25
  26. 26. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZb) En suelos granulares limpios sin cohesión cuyo contenido en partículas detamaño mayor que 20 mm. supere el 30% en peso, los ensayos SPT, depenetración dinámica o estática pueden proporcionar resultados en excesoelevados a consecuencia del gran tamaño de las partículas más gruesas delsuelo. Para estas situaciones se recomienda recurrir al empleo de ensayostipo cross-hole o down-hole para la estimación de los parámetros dedeformabilidad.c) En suelos finos sin cohesión (limos no cohesivos) podrán ser de aplicaciónlos criterios apuntados en el párrafo a) anterior.d) En suelos finos (limos y arcillas), saturados y de baja permeabilidad, habráque comprobar las situaciones de dimensionado transitorias de carga sindrenaje. Bajo esta hipótesis se supone que los incrementos de presiónintersticial generados por las cargas del edificio no se disipan tras suaplicación. En términos generales y salvo justificación expresa en contra, sesupondrá que puede darse esta situación de dimensionado si el coeficientede permeabilidad del terreno saturado resulta inferior a k=0,001 mm/s. Eneste caso la resistencia al corte del terreno podrá expresarse en términos detensiones totales, representada mediante un ángulo de rozamiento internoφ=0 y una cohesión c=cu, ésta última denominada resistencia al corte sindrenaje. El valor de dicha resistencia provendrá de ensayos triaxiales UU oCU, o en su caso, de compresión simple. Asimismo podrá haber sidoobtenida de forma indirecta a partir de ensayos in situ (molinete,26
  27. 27. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZpenetrómetro estático, presiómetro). Salvo que se cuente con una dilatadaexperiencia local, para la selección final de la resistencia al corte sin drenajea emplear en cálculo será recomendable que el estudio geotécnico cuente,para casos importantes, con diferentes tipos de ensayo, tanto de campocomo de laboratorio, con el fin de comparar resultados y seleccionar su valorcaracterístico.Si bien la verificación del estado límite de hundimiento depende de numerososfactores que han de ser analizados en cada situación particular, a efectos depredimensionado la tabla D.25 recoge algunas cifras orientativas del valor de cálculode la resistencia del terreno (Rd), tradicionalmente denominada presión admisible(qadm), en función del tipo de terreno.Para la verificación del estado límite último frente a la estabilidad global será necesariocontar con los parámetros de resistencia al corte de las unidades geotécnicasimplicadas (ángulo de rozamiento interno y cohesión), en términos de tensionesefectivas (c’,φ’) para situaciones drenadas o en tensiones totales (c=cu, φ=0) parasituaciones transitorias sin drenaje.Para la verificación del estado límite último de deslizamiento a lo largo de superficiesde contacto terreno-cimiento, será necesario establecer la resistencia al corte de dichocontacto. Si, el modelo empleado para el terreno es un modelo de rotura del tipo Mohr-Coulomb (τ = a’+ σ tgδ’), como valores para cimentaciones convencionales dehormigón armado ejecutadas sobre suelo se pueden adoptar para la adherencia (a’)(componente cohesiva) y el ángulo de rozamiento terreno-cimiento (δ’) (componentefriccional), los siguientes valores:a) en términos de tensiones efectivas y para un terreno de resistencia al cortedefinida por parámetros efectivos (c’,φ’): a’= 0; δ’= 3/4 φ;b) en términos de tensiones totales para situaciones transitorias en las que elproyectista considere necesario emplear cálculos en condiciones sin drenaje:δ’= 0; a = cu.En cimientos sobre terrenos expansivos en la zona susceptible de alteración dehumedad, se recomienda que las presiones transmitidas al terreno no seansignificativamente inferiores a la de hinchamiento.27
  28. 28. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.2.3.2 Estados límite de servicioPara la verificación de los estados límite de servicio será necesario contar conparámetros representativos de la deformabilidad del terreno. Normalmentedependerán del tipo de terreno en estudio y del método seleccionado para laestimación de asientos (véase apartado 4.4).En la estimación de asientos diferenciales, dependiendo del tipo de estructura se debeprestar especial atención a las consideraciones incluidas en el apartado 4.2.1.2.En el caso en que el tipo de terreno haga prever asientos diferidos a largo plazo seránecesario llevar a cabo un estudio específico sobre la magnitud de los asientos y eltiempo que tardarán en producirse.28
  29. 29. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZEn situaciones de poco riesgo en las que exista experiencia local abundante, lacomprobación de los estados límite de servicio puede no requerir más información delterreno, aparte de las comprobaciones de los perfiles geotécnicos, que las condicioneshidrogeológicas y las propiedades índice básicas, necesarias para asegurar la similituddel caso considerado y los casos sobre los que se tiene experiencia. En cualquiercaso, cuando se utilice este procedimiento para avalar la seguridad de la cimentaciónen estudio, debe dejarse constancia explícita de los parámetros geotécnicos,solicitaciones sobre la cimentación y tipos de cimiento.4.3 Presión admisible y de hundimiento4.3.1 Generalidades4.3.1.1 DefinicionesEn este capítulo se emplean los siguientes términos en cuanto a la identificación de laspresiones en relación con los principios clásicos de la mecánica del suelo: (véasefigura siguiente):a) presión total bruta (qb): Es la presión vertical total que actúa en la base delcimiento, definida como el cociente entre la carga total actuante, incluyendoel peso del cimiento y aquello que pueda gravitar sobre él, y el áreaequivalente del cimiento (véase 4.3.1.3);b) presión efectiva bruta (q’b): Es la diferencia entre la presión total bruta y lapresión intersticial de equilibrio, (u), al nivel de la base del cimiento;c) presión total neta (qneta): Es la diferencia entre la presión total bruta (qb) y lapresión vertical total existente en el terreno (q0) al nivel de la base delcimiento (sobrecarga que estabiliza lateralmente el cimiento). La presión totalneta (qneta) es, por tanto, el incremento de presión vertical total a que se vesometido el terreno por debajo del cimiento debido a las cargas de lacimentación;d) presión efectiva neta (q’neta): Es la diferencia entre la presión efectiva bruta(q’b) y la presión efectiva vertical (q’0) al nivel de la base del cimiento, debidaa la sobrecarga. La presión total neta es igual a la efectiva neta (qneta =q’neta);29
  30. 30. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZe) presión vertical de hundimiento (qh, q’h): Es la resistencia característica delterreno Rk, para el estado límite último de hundimiento. Puede expresarse entérminos de presiones totales o efectivas, brutas o netas;f) presión vertical admisible (qadm, q’adm). Es el valor de cálculo de la resistenciadel terreno (Rd). Puede expresarse en términos de presiones totales oefectivas, brutas o netas;g) presión vertical admisible de servicio (qs, q’s): Es la presión vertical admisiblede una cimentación teniendo en cuenta no sólo la seguridad frente alhundimiento, sino también su tolerancia a los asientos; por tanto igual omenor que la presión vertical admisible. Puede expresarse en términos depresiones totales o efectivas, brutas o netas.4.3.1.2 Métodos para la comprobación del estado límite último de hundimientoEn cimentaciones sobre todo tipo de suelos la presión admisible o valor de cálculo dela resistencia del terreno Rd se podrá determinar mediante la expresión anteriormentecitada:RkdRRγ= ,SiendoRk: el valor característico de la presión de hundimiento (qh)γR: el coeficiente parcial de resistencia de la tabla 2.1.Se emplearán los métodos analíticos del apartado 4.3.2 para la determinación de lapresión de hundimiento y los valores γR de la tabla 2.1.En el caso de cimentaciones sobre suelos con menos del 35% de finos, se podráaplicar el método basado en ensayos de penetración contenidos del apartado 4.3.3,con las limitaciones en él indicadas, para obtener directamente la presión admisible deservicio, considerándose verificado de esta forma el estado límite último dehundimiento. En suelos cuyo contenido en gruesos de más de 20 mm supere el 30%en peso, en función del resultado del ensayo, puede en su caso, ser conveniente lacomprobación de la fiabilidad de los valores deducidos de los ensayos SPT medianteensayos tipo cross-hole o down-hole.4.3.1.3 Área equivalente de un cimientoEl área equivalente de un cimiento es la máxima sección cobaricéntrica con lacomponente vertical de la resultante de la solicitación en la base del cimiento.Cuando para cualquier situación de dimensionado exista excentricidad de la resultantede las acciones respecto al centro geométrico del cimiento, se deben realizar lascomprobaciones pertinentes de los estados últimos de hundimiento, adoptando uncimiento equivalente de las siguientes dimensiones (véase Figura siguiente):30
  31. 31. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZa) ancho equivalente, B*= B - 2·eBBb) largo equivalente, L* = L - 2·eLsiendoeB y eBL las excentricidades según las dos direcciones ortogonales de la zapata,supuesta de sección rectangular en planta (véase figura anterior).Los cimientos no rectangulares podrán asimilarse a otros similares conservandola misma superficie y el mismo momento de inercia respecto al eje del momentoresultante.Calculadas esas dimensiones equivalentes se obtendrá el valor de la presióntotal bruta media, definida por:**LBVqb =SiendoV: la componente vertical de la resultante de las acciones en la base delcimiento, incluyendo el peso de éste y de aquello que gravite librementesobre él.En zapatas rectangulares se podrá tomar como sección equivalente la secciónreal si la excentricidad de la resultante es menor de 1/20 del lado respectivo.31
  32. 32. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZCuando la cimentación incluya elementos estructurales destinados a centrar laresultante de las acciones sobre aquella (vigas centradoras, tirantes, contribuciónde forjados, etc.), el área equivalente de la cimentación podrá ser la definida porsus dimensiones reales en planta.También habrá de determinarse, para cada situación de dimensionado, el ángulo“δ” que mide la desviación de la resultante de las acciones con respecto a lavertical, así como sus componentes según dos direcciones ortogonales:VH=δtanVHBB =δtanVHLL =δtanSiendoH: la componente horizontal de la resultante de las accionesHB, HBL: las componentes de H en dos direcciones ortogonales (habitualmenteparalelas a los ejes o direcciones principales de la cimentación)Normalmente, el plano de cimentación será horizontal. Si ese plano tuviese unaligera inclinación, el concepto vertical y horizontal podrá cambiarse por normal ytangencial al plano de cimentación y seguir aplicando las reglas indicadas. Lasinclinaciones superiores al 3(H): 1(V) requerirán técnicas de análisis específicasno comentadas aquí.4.3.2 Determinación de la presión de hundimiento mediante métodosanalíticos.4.3.2.1 Expresión analítica básicaLa presión de hundimiento de una cimentación directa vendrá definida por la ecuaciónsiguiente. Podrá expresarse en presiones totales o efectivas, brutas o netas.γγγγγγ tisdNBtisdNqtisdNcq KqqqqqKcccccKh*021++=Siendoqh: la presión vertical de hundimiento o resistencia característica del terreno Rk;q0K: la presión vertical característica alrededor del cimiento al nivel de su base;cK: el valor característico de la cohesión del terreno;B*: el ancho equivalente del cimiento;γK: el peso específico característico del terreno por debajo de la base delcimiento;Nc,Nq,Nγ: los factores de capacidad de carga. Son adimensionales y dependenexclusivamente del valor característico del ángulo de rozamientointerno característico del terreno (φk). Se denominan respectivamentefactor de cohesión, de sobrecarga y de peso específico;32
  33. 33. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZdc, dq, dγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar laresistencia al corte del terreno situado por encima y alrededor de labase del cimiento. Se denominan factores de profundidad;sc, sq, sγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar la forma enplanta del cimiento;ic, iq, iγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar el efecto dela inclinación de la resultante de las acciones con respecto a lavertical;tc, tq, tγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar laproximidad del cimiento a un talud.Los parámetros característicos de la resistencia al corte del terreno (ck, φk) debenser representativos, para cada situación de dimensionado, de la resistencia delterreno en una profundidad comprendida, al menos, entre vez (1,0 B) y vez ymedia (1,5 B) el ancho real de la cimentación (B), a contar desde la base de ésta.La expresión anterior se podrá ampliar con factores de influencia adicionalespara tener en cuenta la existencia de una capa rígida a escasa profundidad bajola cimentación, la inclinación de la base de la zapata, etc. Los factores a emplearen estos casos deben encontrarse suficientemente justificados y documentados,y se ajustarán a los criterios comúnmente aceptados en Mecánica del Suelo.El desarrollo de los coeficientes correctores de influencia figura en el Anejo A.A efectos prácticos, si el terreno es uniforme (de peso específico aparenteaproximado γ = 18 kN/m3) y si la cimentación se encuentra por encima del nivelfreático, sobre terreno horizontal, se podrán tomar los valores de la presión dehundimiento (qh) que figuran en la tabla 4.3, válidos para zapatas rectangularesde ancho equivalente comprendido entre 1 y 3 m.SiendoD: la profundidad definida en el anejo A.33
  34. 34. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.3.3 Método simplificado para la determinación de la presión verticaladmisible de servicio en suelos granularesEn suelos granulares la presión vertical admisible de servicio suele encontrarselimitada por condiciones de asiento, más que por hundimiento. Dada la dificultad en elmuestreo de estos suelos, un método tradicional para el diseño de cimentacionesconsiste en el empleo de correlaciones empíricas más o menos directas con ensayosde penetración, o con otro tipo de ensayos in situ a su vez correlacionables con elmismo (véase apartado 4.2.3.1).Cuando la superficie del terreno sea marcadamente horizontal (pendiente inferior al10%), la inclinación con la vertical de la resultante de las acciones sea menor del 10%y se admita la producción de asientos de hasta 25 mm., la presión vertical admisiblede servicio podrá evaluarse mediante las siguientes expresiones basadas en el golpeoNSPT obtenido en el ensayo SPT.a) Para B*< 1,2 m:2*/253112 mkNSBDNq tSPTadm →⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=b) Para B*≥ 1,2 m:22***/3,025318 mkNBBSBDNq tSPTadm →⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ +⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=SiendoSt: El asiento total admisible, en mm.NSPT: el valor medio de los resultados, obtenidos en una zona de influencia dela cimentación comprendida entre un plano situado a una distancia 0,5B*por encima de su base y otro situado a una distancia mínima 2B* pordebajo de la misma;D: la profundidad definida en el Anejo AEl valor de ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+ *31BDa introducir en las ecuaciones será menor o igual a 1,3.Si existe nivel freático a la altura de apoyo de la cimentación o por encima, para poderaplicar las formulas anteriores debe garantizarse mediante un adecuado procesoconstructivo que las características mecánicas del terreno de cimentación no sealteran respecto a los valores determinados en el reconocimiento geotécnico.Las formulas anteriores se considerarán aplicables para cimentaciones superficialesde hasta 5 m de ancho real (B). Para anchuras superiores a 5 m deben siemprecomprobarse los asientos de acuerdo con el apartado 1.2.2. del anejo A.Cuando el asiento admisible de cualquier elemento de cimentación sea inferior a 25mm, el análisis de asientos debe llevarse a cabo de acuerdo con el apartado 1.2.2. delanejo A.34
  35. 35. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSerá necesaria en todo caso la comprobación de que no se producen asientosexcesivos debidos a la presencia de cargas próximas y suelos menos firmes situadosa mayor profundidad que 2B* desde la base de la cimentación.Si existiera flujo de agua en el entorno de la cimentación superficial se requerirá unestudio específico de la solución a adoptar.Cuando se realicen ensayos de penetración estáticos o dinámicos continuos se podráaplicar el método descrito anteriormente siempre y cuando se utilicen correlacionesbien establecidas con el resultado NSPT del ensayo SPT.Las correlaciones suelen mostrar un marcado carácter local y deben justificarseconvenientemente, como puede ser mediante la realización de penetrómetroscontinuos situados a corta distancia de sondeos en los que se cuente con pruebasSPT.Excepto para aquellos casos en los que sea preceptiva la realización de sondeosmecánicos, se podrá llevar a cabo la estimación de las presiones verticales admisiblesde cimentación a partir de la ejecución exclusiva de penetrómetros continuos siempreque concurran las siguientes circunstancias:a) cuando exista una correlación de suficiente nivel de confianza entre laresistencia a la penetración del ensayo realizado y las propiedades mecánicasdel terreno, establecidas por el reconocimiento específico o preliminarefectuado para el edificio en estudio o los reconocimientos efectuados en lasedificaciones próximas;b) cuando la correlación entre la resistencia a la penetración y las propiedadesmecánicas del terreno provenga de estudios e investigaciones efectuadas en lazona en terrenos análogos a los encontrados en el área de edificación;c) cuando exista en la localidad del emplazamiento de la edificación una tradiciónfirmemente establecida entre el ensayo de penetración continua empleado y lapresión vertical admisible, y siempre que la nueva edificación tenga un númerode plantas similar, su nivel de cimentación no profundice respecto a loscontiguos más de 1,50 m, y la modulación de la superestructura y las cargaspor apoyo sean similares.A efectos prácticos se podrán tomar los valores de la presión vertical admisible ( qadm)que figuran en la tabla 4.4, calculadas para valores de NSPT= 10. Para valores de NSPT> 10, la presión admisible varía proporcionalmente.35
  36. 36. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ4.3.4 Presiones verticales admisibles para cimentaciones en roca4.3.4.1 Dimensionado según normasEn los casos de edificaciones sencillas con cargas de trabajo no muy elevadas, unaprimera aproximación en la determinación de las presiones admisibles frente alhundimiento y asientos podrá llevarse a cabo siguiendo normas de uso habitual, en losque se fijan mediante reglas sencillas las cargas admisibles que, en la realidad, se hanseleccionado con gran prudencia y se encuentran muy alejadas de las condiciones dehundimiento. A estos efectos se podrán utilizar los valores indicados en la tabla D.25.4.3.4.2 Cálculo analítico simplificadoEn casos de rocas de muy baja resistencia a la compresión simple (qu <2,5 MPa, tablaD9) o fuertemente diaclasadas (RQD<25, tabla D16), o que estén bastante o muymeteorizadas (grado de meteorización mayor que IV, tabla D5), se considerará la rocacomo si se tratase de un suelo y se recurrirá a los procedimientos de verificacióncorrespondientes que se dan para suelos.36
  37. 37. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZEn rocas más duras, menos diaclasadas y menos alteradas que lo indicado en elpárrafo precedente, y cuando se cumplan las siguientes condiciones, se podrádeterminar la presión admisible de servicio qd mediante la expresión siguiente que seindica a continuación.a) la superficie de la roca es esencialmente horizontal sin problemas deinestabilidad lateral;b) la carga no tiene componente tangencial, o ésta es inferior al 10% de la carganormal;c) en rocas sedimentarias los estratos deben ser horizontales o subhorizontales.uspd qKq =Siendo:qu: Resistencia a compresión simple de la roca sanasa300110Bs3Ksp++=s: espaciamiento de las discontinuidades; s>300 mm.B: anchura del cimiento en m.; 0,05 < s/B < 2a: apertura de las discontinuidades; a<5mm en junta limpia; a<25 mm en juntarellena con suelo o con fragmentos de roca alterada, siendo 0<a/s<0,0237
  38. 38. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZA efectos de verificación del estado límite último de hundimiento el valor de qddeterminado a través de la expresión anterior puede considerarse que llevaincorporado un coeficiente de seguridad γR =3. Para la comprobación del asiento sepodrá recurrir al empleo de formulaciones elásticas. Los módulos de deformación aemplear habrán de ser representativos del macizo.38
  39. 39. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZDe forma orientativa, para rocas con índice RMR < 50 se podrá emplear la siguienteexpresión:(GPa)10E 4010-RMRmacizo α=Siendo:α=0,1 para qu = 1 MPaα=0,2 para qu = 4 MPaα=0,3 para qu = 10 MPaα=0,7 para qu = 50 MPaα=1,0 para qu > 100 MPa4.4 Asiento de las cimentaciones directasLa estimación de los asientos producidos por una cimentación directa requieregeneralmente la determinación de la distribución de presiones verticales originadas porlas cargas en el terreno, lo que podrá llevarse a cabo mediante el empleo deformulaciones elásticas. A título orientativo, se indican a continuación unas tablas convalores del módulo de elasticidad y del coeficiente de Poisson para suelos.Tabla D.24. Valores orientativos del coeficiente de PoissonTipo de suelo Coeficiente de PoissonArcillas blandas normalmente consolidadas 0,40Arcillas medias 0,30Arcillas duras preconsolidadas 0,15Arenas y suelos granulares 0,30En la estimación de los asientos se podrá utilizar la presión neta, de utilidad para lascimentaciones compensadas.En general se podrá suponer que la zona de interés a efectos de cálculo de asientosse circunscribe a una profundidad tal que el incremento de presión vertical originadoen el terreno sea el menor de los siguientes valores:a) el 10% de la presión vertical neta transmitida por la cimentación;b) el 5% de la presión efectiva vertical existente a esa profundidad antes deconstruir el edificio.El criterio apuntado en el párrafo anterior suele dar lugar a que, el citado límite deinterés en el terreno tenga una profundidad aproximada de 2B, siendo B el ancho odimensión menor en planta de la cimentación correspondiente.39
  40. 40. MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZSi se trata de un edificio cimentado por zapatas relativamente próximas los bulbos detensiones de las zapatas individuales se podrán solapar en profundidad (véaseapartado 4.2.1.2). Los criterios expuestos en los párrafos anteriores deben aplicarseteniendo en cuenta el potencial efecto de solape citado.La estimación de asientos se podrá realizar conforme a lo indicado en el apartado 1.2del anejo A.40

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