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IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE
ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES
SUPERFICIALES
MSc. ING. GABRIELA GALLARDO
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
1.1 OBJETIVO
1.2 GENERALIDADES
1.3 CASOS HISTÓRICOS
2. AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
2.2 CONSECUENCIAS LEGALES DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES EN LOS EDIFICIOS
2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO.
3. CONCLUSIONES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1. INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.1 OBJETIVO
Reflexionar sobre la importancia de realizar un
análisis de los asentamientos diferenciales que
pueden suscitar en una estructura a lo largo de su
vida útil para evaluar los posibles niveles de daño
estructural y no estructural.
INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.2 GENERALIDADES
Asentamientos
Uniformes Diferenciales
Afectan: Causan:
Las Instalaciones Patologías
estructurales y no
estructurales
Pueden ser:
INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.2 GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
Aunque la estructura no colapse, el asentamiento
puede tener importancia debido a ciertos factores
como ser: la durabilidad, condiciones de servicio y la
rehabilitación por daño estructural
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.3 CASOS HISTÓRICOS
INTRODUCCIÓN
Muro del templo Principal Machu Picchu, Perú
Asentamiento dif.: 40 cm
Causa: Filtración de agua -
Rotura del conducto subterráneo
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
N S
La Torre de Pisa, Italia (1370)
1.3 CASOS HISTÓRICOS
INTRODUCCIÓN
Inclinación: 3,97°
Causa: Variabilidad del terreno
Peso aproximado: 14.700 tn
Solución: Inyección lechada bentolítica
Altura aproximada: 56,67 metros y 7 pisos.
Fundación: Zapata circular de 18 m de
diámetro
≈1.8 m
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.3 CASOS HISTÓRICOS
Torres Asinelli y Garisenda de Bolonia, Italia. (1191)
INTRODUCCIÓN
Inclinación:
Asinelli: 1,5°
Garisenda: 3,97°
Causa: Hundimiento del terreno por la
variabilidad del terreno y fenómenos sísmicos.
Altura aproximada:
Asinelli: 97 metros
Grasienda: 48 metros
Solución: Recorte de altura en construcción.
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
1.3 CASOS HISTÓRICOS
Torre Iglesia Frankenhausen. Thuringia, Alemania (1382)
INTRODUCCIÓN
Inclinación: 4,8°
Causa: Movimientos de tierras.
Solución: Compactación - Inyección micro-cemento
sin fondos necesarios para su reparación.
Altura aproximada: 56 metros
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
2. AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE
LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS
DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Suelo de fundación.- Una capa de 7 metros de arena sobre un estrato de
30 - 40 metros de arcilla marina muy compresible.
Sistema de fundación: Zapatas aisladas
Los edificios inclinados de Santos - Brasil
EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS
INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Los edificios inclinados de Santos - Brasil
INTRODUCCIÓN
EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Edificio Multifamiliar en la ciudad Azteca Ecatepec - México
EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS
INTRODUCCIÓN
2019 2021
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Solape del bulbo de presiones en profundidad
H
Perfil de asientos
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Por excavaciones vecinas
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Variabilidad de los estratos del suelo de
cimentación.
2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Terreno poco
deformable
Terreno
deformable
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Expansión y Consolidación
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Arcillas expansivas
Inmediatos
ASENTAMIENTOS
Los estratos de suelo
Consolidación
C. Secundaria
Cargas de una estructura
TIEMPO: 5, 10, 50…años
Suelos cohesivos
Pueden ser:
Generando:
C. Primaria
Son:
 ¿Cómo calcular los diferentes asentamientos?
 ¿Qué ensayos de laboratorio son pertinentes para determinar
los parámetros de compresibilidad de un suelo?
Comprimen:
Ensayo de consolidación
Magnitud
Duración
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
El Código del Ayuntamiento de Nueva
York fija el siguiente criterio en cuanto a
la excavación para las fundaciones:
“Si la nueva excavación es menor a 3
metros, los propietarios de las casas
adyacentes son responsables de los
daños que puedan provocarse en sus
edificios. Si la excavación es superior a
3 metros , toda la responsabilidad de
los daños recae sobre la nueva obra”
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
2.2 CONSECUENCIAS LEGALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Los estimativos de asentamientos diferenciales, la fluencia lenta, la retracción, la
expansión de hormigones de contracción compensada o las variaciones de
temperatura deben basarse en una evaluación realista de tales efectos puedan ocurrir
durante la vida útil de la estructura. (NBHE 2016).
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
NORMATIVA – ASENTAMIENTOS TOLERABLES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Métodos
Empíricos Modelaciones
Numéricas
Skempton y MacDonald (1956)
Meyerhof (1956)
Polshin y Tokar (1957)
Bjerrum (1963)
Zhang y Ng. (2005)
Análisis Estructural
Distorsión Angular: Relación de Deflexión:
DESCRIPCIÓN
LÍMITE
Fisuras en muros de carga L/300
Daños estructurales en pilares y vigas L/150
Peligro en maquinaria sensible L/750
Peligro en pórticos con diagonales L/600
Límite de seguridad para fisuras L/500
Inicio de grietas en muros L/300
Desplome visible en edificios rígidos L/250
Límite para daños estructurales generalizados L/150
Fisuras en muros de fábrica L/1000
Fisuras rellenos de pórticos L/500
Fisuras en pilares y vigas L/250
Fisuras en paredes de pórticos L/500
Fisuras en pórticos solamente L/200
2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Métodos
Empíricos
Análisis Estructural
Modelaciones
Numéricas
Burland y Wroth (1974)
Finno et al (2005)
Namazi y Mohamad (2013)
Burland y Wroth (1974) Finno et al (2005) Namazi y Mohamad (2013)
Skempton y MacDonald (1956)
Meyerhof (1956)
Polshin y Tokar (1957)
Bjerrum (1963)
Zhang y Ng. (2005)
2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Métodos
Empíricos
Análisis Estructural
Modelaciones
Numéricas
Son y Cording (2011)
Laefer (2009)
Negulescu y Foerster (2010)
Laefer (2009)
2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO
Son y Cording
(2011)
Negulescu y Foerster (2010
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
6 m
3 m
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
SUELO DE COMPRESIBILIDAD
MEDIA
CL - ML
qu= 5.10 Kg/cm2
qadm= 1.70 Kg/cm2
mv= 0.01 cm2/kg
Suelo
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
Pre-
dimensionamiento
Diseño Estructural
(Preliminar)
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Modelización
Frame
Shell
Springs
Escenario I
Estimación de Cargas,
Combinaciones y
Materiales
Interacción Suelo-
Estructura
• Módulo de compresibilidad del suelo mv
• Capacidad última qu
• Número de Iteraciones
• Tolerancia
Convergencia de
Resultados
Análisis Estático Lineal
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
Pre-
dimensionamiento
Diseño Estructural
(Preliminar)
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Modelización
Escenario I
Estimación de Cargas,
Combinaciones y
Materiales
Interacción Suelo-
Estructura
Análisis Estático Lineal
Obtención del
Refuerzo ACI - 318
Solicitaciones
¡Diseño Estructural
Convencional!
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
Pre-
dimensionamiento
Diseño Estructural
(Preliminar)
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Modelización
Escenario I
Estimación de Cargas,
Combinaciones y
Materiales
Interacción Suelo-
Estructura
Análisis Estático Lineal
Obtención del
Refuerzo ACI
Solicitaciones
¡Diseño Estructural
Convencional!
Escenario II
Asentamientos
Inducidos
Análisis Estático No Lineal
Fluencia del
Hormigón
T= 0.5 años
T= 5 años
T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm)
Modelo Analítico
de los materiales
Cuantías de las
secciones
Hormigón - Hognestad
Acero - Fargier y Fargier
ColumnaCentral C
ColumnaMedianera
55 cm 35 cm
55 cm
55 cm
55 cm
30 cm
ColumnaCentral ColumnaEsquinera
ColumnaMedianera
55 cm 40 cm
35 cm
55 cm
55 cm
40 cm
0
500,000
1,000,000
1,500,000
2,000,000
2,500,000
3,000,000
0 0.001 0.002
Momento
(Kg*m)
Curvatura (1/cm)
Diagrama Momento - Curvatura
T=5años
T=0.5 años
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
Pre-
dimensionamiento
Diseño Estructural
(Preliminar)
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Modelización
Escenario I
Estimación de Cargas,
Combinaciones y
Materiales
Interacción Suelo-
Estructura
Análisis Estático Lineal
Obtención del
Refuerzo ACI
Solicitaciones
¡Diseño Estructural
Convencional!
Escenario II
Asentamientos
Inducidos
Análisis Estático No Lineal
Fluencia del
Hormigón
T= 0.5 años
T= 5 años
T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm)
Modelo Analítico
de los materiales
Cuantías de las
secciones
Modelo I
Modelo II
Modelo III
Modelo VI
Modelo V
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Fase de Planeación
Tipología Estructural
Sistema de Fundación
Pre-
dimensionamiento
Diseño Estructural
(Preliminar)
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
Modelización
Escenario I
Estimación de Cargas,
Combinaciones y
Materiales
Interacción Suelo-
Estructura
Análisis Estático Lineal
Obtención del
Refuerzo ACI
Solicitaciones
¡Diseño Estructural
Convencional!
Escenario II
Asentamientos
Inducidos
Análisis Estático No Lineal
Fluencia del
Hormigón
T= 0.5 años
T= 5 años
T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm)
Modelo Analítico
de los materiales
Cuantías de las
secciones
Análisis de
Vulnerabilidad
Daño
Estructural
Descripción
Muy Ligero εc= Grafica M-ϕ εs= 0.001
Ligero εc= Grafica M-ϕ εs= 0.002
Moderado εc= 0.002 εs= Grafica M-ϕ
Extensivo εc= 0.003 εs= Grafica M-ϕ
Completo εc= 0.0038 εs=
0.015< εs <
0.063
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 20 40 60 80 100
Probabilidad
de
daño
Asentamiento Diferencial (mm)
Curvas de Fragilidad
Muy Ligero
Ligero
Moderado
Extenso
Completo
Parámetros indicadores de daño.
Deformaciones unitarias máximas
del acero y hormigón de cada
elemento estructural (M - ).
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70
Asentamiento Diferencial (mm)
Interpretación de las curvas de Fragilidad
Modelo II
Muy Ligero T= 0.5 años
Ligero T= 0.5 años
Moderado T= 0.5 años
Extenso T= 0.5 años
Completo T= 0.5 años
Completo
Extenso
Moderado
Leve
Muy Leve
Ninguno
15%
20%
24%
44%
70%
26%
5%
30%
20%
4%
15%
Es necesario tener en cuenta que los puntos que
se muestran en las curvas de fragilidad,
corresponden a las probabilidades de alcanzar o
exceder un estado de daño según la magnitud
del asentamiento diferencial.
A partir de las curvas de fragilidad es posible
obtener la ocurrencia de cada estado de daño y
construir matrices de probabilidad de daño.
Probabilidad de Ocurrencia
Asent. Difer. Ninguno Muy Leve Leve Moderado Extenso Completo
35 mm 0.30 0.26 0.20 0.04 0.05 0.15
35
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
Resumen T= 5 años
Δmax
(mm)
Modelo
Daño
Muy
Ligero
Daño
Ligero
Daño
Moderad
o
Daño
Extenso
Daño
Completo
% % % % %
95
V (Zapatas
Centrales a un
eje)
78% 55% 30% 19% 15%
27
IV (Zapatas de
Borde)
51% 30% 14% 12% 9%
62
II (Zapata
Central)
22% 15% 8% 5% 4%
89
I (Zapata
Medianera)
18% 12% 6% 5% 4%
84
III (Zapata de
Esquina)
12% 7% 4% 3% 3%
La ubicación del asentamiento diferencial parece
tener mayor incidencia en los daños de la
estructura que la magnitud del mismo.
El perfil de deformación del suelo después de
ocurrido los asentamientos impuestos a la
estructura, podría influir en el asentamiento
diferencial máximo que puede tolerar la misma
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Asentamiento Diferencial (mm)
Curvas de Fragilidad Modelo II Muy Ligero T= 0.5 años
Muy Ligero T= 5 años
Ligero T= 0.5 años
Ligero T= 5 años
Moderado T= 0.5 años
Moderado T= 5 años
Extenso T= 0.5 años
Extenso T= 5 años
Completo T= 0.5 años
Completo T= 5 años
T= 0.5 años
T= 5 años
63
53
METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD
Al comparar la probabilidad de daño calculado para los asentamientos ocurridos en un tiempo
de 0.5 años vs. 5 años para un mismo modelo, existe una variación favorable en las estructuras
que fueron sometidas a asentamientos diferenciales en un periodo más largo de tiempo.
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
3. CONCLUSIONES
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
CONCLUSIONES
Las investigaciones realizadas a lo largo del tiempo nos sirven de base para
tomar decisiones en el cálculo de asentamientos tolerables de las estructuras.
El análisis de vulnerabilidad por asentamientos diferenciales demuestran que la
posibilidad de que la estructura colapse es mínima debido a que los esfuerzos
adicionales son redistribuidos a las demás secciones. Sin embargo es posible que
en casos extremos debido a las excesivas deformaciones, la estructura quedaría
fuera de uso.
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
REFERENCIAS
Burland, J.B. and Wroth, C.P., (1974) “Settlement of Buildings and Associated Damage” en Proceedings
of the Conference on Settlement of Structures – Session V, Cambridge, England, pp. 611–654.
Finno R.J. et al., (2005) “Evaluating Damage Potential in Buildings Affected by Excavations” en Journal of
Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Volumen 131, número 10, pp 1199-1210.
Gallardo, G.E., (2020) Vulnerabilidad de Pórticos de Hormigón Armado expuestos a Asentamientos
Diferenciales. Tesis de Maestría. Bolivia, Universidad San Francisco Xavier de Chuquisaca – Sucre.
Laefer D.F. et al., (2009) “Predicting RC Frame Response to Excavation-Induced Settlement” en Journal
of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Volumen 135, número 11, pp 1605-1619.
Negulescu, C. y Foerster, E., (2010) “Parametric studies and quantitative assessment of the vulnerability
of a RC frame Building Exposed to differential settlements” en Natural Hazards and Earth System
Sciences. Volumen 10, pp 1781-1792.
Skempton, A.W. y MacDonald, D.H., (1956) ”The Allowable Settlement of Buildings” en ICE Proceedings:
Engineering Division Civil. Volumen 5, número 6, pp. 727–768.
IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES
Muchas gracias...!
Expositor: Gabriela Gallardo
Correo: ggallardol@univalle.edu
Teléfono: 73499211

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  • 1. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES MSc. ING. GABRIELA GALLARDO
  • 2. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 1.1 OBJETIVO 1.2 GENERALIDADES 1.3 CASOS HISTÓRICOS 2. AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES 2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES 2.2 CONSECUENCIAS LEGALES DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES EN LOS EDIFICIOS 2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO. 3. CONCLUSIONES
  • 3. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1. INTRODUCCIÓN
  • 4. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.1 OBJETIVO Reflexionar sobre la importancia de realizar un análisis de los asentamientos diferenciales que pueden suscitar en una estructura a lo largo de su vida útil para evaluar los posibles niveles de daño estructural y no estructural. INTRODUCCIÓN
  • 5. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.2 GENERALIDADES Asentamientos Uniformes Diferenciales Afectan: Causan: Las Instalaciones Patologías estructurales y no estructurales Pueden ser: INTRODUCCIÓN
  • 6. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.2 GENERALIDADES INTRODUCCIÓN Aunque la estructura no colapse, el asentamiento puede tener importancia debido a ciertos factores como ser: la durabilidad, condiciones de servicio y la rehabilitación por daño estructural
  • 7. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.3 CASOS HISTÓRICOS INTRODUCCIÓN Muro del templo Principal Machu Picchu, Perú Asentamiento dif.: 40 cm Causa: Filtración de agua - Rotura del conducto subterráneo
  • 8. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES N S La Torre de Pisa, Italia (1370) 1.3 CASOS HISTÓRICOS INTRODUCCIÓN Inclinación: 3,97° Causa: Variabilidad del terreno Peso aproximado: 14.700 tn Solución: Inyección lechada bentolítica Altura aproximada: 56,67 metros y 7 pisos. Fundación: Zapata circular de 18 m de diámetro ≈1.8 m
  • 9. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.3 CASOS HISTÓRICOS Torres Asinelli y Garisenda de Bolonia, Italia. (1191) INTRODUCCIÓN Inclinación: Asinelli: 1,5° Garisenda: 3,97° Causa: Hundimiento del terreno por la variabilidad del terreno y fenómenos sísmicos. Altura aproximada: Asinelli: 97 metros Grasienda: 48 metros Solución: Recorte de altura en construcción.
  • 10. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 1.3 CASOS HISTÓRICOS Torre Iglesia Frankenhausen. Thuringia, Alemania (1382) INTRODUCCIÓN Inclinación: 4,8° Causa: Movimientos de tierras. Solución: Compactación - Inyección micro-cemento sin fondos necesarios para su reparación. Altura aproximada: 56 metros
  • 11. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 2. AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 12. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Suelo de fundación.- Una capa de 7 metros de arena sobre un estrato de 30 - 40 metros de arcilla marina muy compresible. Sistema de fundación: Zapatas aisladas Los edificios inclinados de Santos - Brasil EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS INTRODUCCIÓN
  • 13. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Los edificios inclinados de Santos - Brasil INTRODUCCIÓN EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS
  • 14. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Edificio Multifamiliar en la ciudad Azteca Ecatepec - México EDIFICIOS CONTEMPORÁNEOS INTRODUCCIÓN 2019 2021
  • 15. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Solape del bulbo de presiones en profundidad H Perfil de asientos
  • 16. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Por excavaciones vecinas AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 17. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Variabilidad de los estratos del suelo de cimentación. 2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Terreno poco deformable Terreno deformable
  • 18. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 2.1 CAUSAS DE LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Expansión y Consolidación AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Arcillas expansivas Inmediatos ASENTAMIENTOS Los estratos de suelo Consolidación C. Secundaria Cargas de una estructura TIEMPO: 5, 10, 50…años Suelos cohesivos Pueden ser: Generando: C. Primaria Son:  ¿Cómo calcular los diferentes asentamientos?  ¿Qué ensayos de laboratorio son pertinentes para determinar los parámetros de compresibilidad de un suelo? Comprimen: Ensayo de consolidación Magnitud Duración
  • 19. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES El Código del Ayuntamiento de Nueva York fija el siguiente criterio en cuanto a la excavación para las fundaciones: “Si la nueva excavación es menor a 3 metros, los propietarios de las casas adyacentes son responsables de los daños que puedan provocarse en sus edificios. Si la excavación es superior a 3 metros , toda la responsabilidad de los daños recae sobre la nueva obra” AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES 2.2 CONSECUENCIAS LEGALES
  • 20. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Los estimativos de asentamientos diferenciales, la fluencia lenta, la retracción, la expansión de hormigones de contracción compensada o las variaciones de temperatura deben basarse en una evaluación realista de tales efectos puedan ocurrir durante la vida útil de la estructura. (NBHE 2016). AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES NORMATIVA – ASENTAMIENTOS TOLERABLES
  • 21. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Métodos Empíricos Modelaciones Numéricas Skempton y MacDonald (1956) Meyerhof (1956) Polshin y Tokar (1957) Bjerrum (1963) Zhang y Ng. (2005) Análisis Estructural Distorsión Angular: Relación de Deflexión: DESCRIPCIÓN LÍMITE Fisuras en muros de carga L/300 Daños estructurales en pilares y vigas L/150 Peligro en maquinaria sensible L/750 Peligro en pórticos con diagonales L/600 Límite de seguridad para fisuras L/500 Inicio de grietas en muros L/300 Desplome visible en edificios rígidos L/250 Límite para daños estructurales generalizados L/150 Fisuras en muros de fábrica L/1000 Fisuras rellenos de pórticos L/500 Fisuras en pilares y vigas L/250 Fisuras en paredes de pórticos L/500 Fisuras en pórticos solamente L/200 2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 22. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Métodos Empíricos Análisis Estructural Modelaciones Numéricas Burland y Wroth (1974) Finno et al (2005) Namazi y Mohamad (2013) Burland y Wroth (1974) Finno et al (2005) Namazi y Mohamad (2013) Skempton y MacDonald (1956) Meyerhof (1956) Polshin y Tokar (1957) Bjerrum (1963) Zhang y Ng. (2005) 2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 23. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Métodos Empíricos Análisis Estructural Modelaciones Numéricas Son y Cording (2011) Laefer (2009) Negulescu y Foerster (2010) Laefer (2009) 2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO Son y Cording (2011) Negulescu y Foerster (2010 AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 24. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 2.3 VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 25. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 6 m 3 m Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación SUELO DE COMPRESIBILIDAD MEDIA CL - ML qu= 5.10 Kg/cm2 qadm= 1.70 Kg/cm2 mv= 0.01 cm2/kg Suelo METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 26. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación Pre- dimensionamiento Diseño Estructural (Preliminar) METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Modelización Frame Shell Springs Escenario I Estimación de Cargas, Combinaciones y Materiales Interacción Suelo- Estructura • Módulo de compresibilidad del suelo mv • Capacidad última qu • Número de Iteraciones • Tolerancia Convergencia de Resultados Análisis Estático Lineal
  • 27. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación Pre- dimensionamiento Diseño Estructural (Preliminar) METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Modelización Escenario I Estimación de Cargas, Combinaciones y Materiales Interacción Suelo- Estructura Análisis Estático Lineal Obtención del Refuerzo ACI - 318 Solicitaciones ¡Diseño Estructural Convencional!
  • 28. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación Pre- dimensionamiento Diseño Estructural (Preliminar) METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Modelización Escenario I Estimación de Cargas, Combinaciones y Materiales Interacción Suelo- Estructura Análisis Estático Lineal Obtención del Refuerzo ACI Solicitaciones ¡Diseño Estructural Convencional! Escenario II Asentamientos Inducidos Análisis Estático No Lineal Fluencia del Hormigón T= 0.5 años T= 5 años T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm) Modelo Analítico de los materiales Cuantías de las secciones Hormigón - Hognestad Acero - Fargier y Fargier ColumnaCentral C ColumnaMedianera 55 cm 35 cm 55 cm 55 cm 55 cm 30 cm ColumnaCentral ColumnaEsquinera ColumnaMedianera 55 cm 40 cm 35 cm 55 cm 55 cm 40 cm 0 500,000 1,000,000 1,500,000 2,000,000 2,500,000 3,000,000 0 0.001 0.002 Momento (Kg*m) Curvatura (1/cm) Diagrama Momento - Curvatura T=5años T=0.5 años
  • 29. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación Pre- dimensionamiento Diseño Estructural (Preliminar) METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Modelización Escenario I Estimación de Cargas, Combinaciones y Materiales Interacción Suelo- Estructura Análisis Estático Lineal Obtención del Refuerzo ACI Solicitaciones ¡Diseño Estructural Convencional! Escenario II Asentamientos Inducidos Análisis Estático No Lineal Fluencia del Hormigón T= 0.5 años T= 5 años T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm) Modelo Analítico de los materiales Cuantías de las secciones Modelo I Modelo II Modelo III Modelo VI Modelo V
  • 30. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Fase de Planeación Tipología Estructural Sistema de Fundación Pre- dimensionamiento Diseño Estructural (Preliminar) METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Modelización Escenario I Estimación de Cargas, Combinaciones y Materiales Interacción Suelo- Estructura Análisis Estático Lineal Obtención del Refuerzo ACI Solicitaciones ¡Diseño Estructural Convencional! Escenario II Asentamientos Inducidos Análisis Estático No Lineal Fluencia del Hormigón T= 0.5 años T= 5 años T= 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 …(mm) Modelo Analítico de los materiales Cuantías de las secciones Análisis de Vulnerabilidad Daño Estructural Descripción Muy Ligero εc= Grafica M-ϕ εs= 0.001 Ligero εc= Grafica M-ϕ εs= 0.002 Moderado εc= 0.002 εs= Grafica M-ϕ Extensivo εc= 0.003 εs= Grafica M-ϕ Completo εc= 0.0038 εs= 0.015< εs < 0.063 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 20 40 60 80 100 Probabilidad de daño Asentamiento Diferencial (mm) Curvas de Fragilidad Muy Ligero Ligero Moderado Extenso Completo Parámetros indicadores de daño. Deformaciones unitarias máximas del acero y hormigón de cada elemento estructural (M - ).
  • 31. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 Asentamiento Diferencial (mm) Interpretación de las curvas de Fragilidad Modelo II Muy Ligero T= 0.5 años Ligero T= 0.5 años Moderado T= 0.5 años Extenso T= 0.5 años Completo T= 0.5 años Completo Extenso Moderado Leve Muy Leve Ninguno 15% 20% 24% 44% 70% 26% 5% 30% 20% 4% 15% Es necesario tener en cuenta que los puntos que se muestran en las curvas de fragilidad, corresponden a las probabilidades de alcanzar o exceder un estado de daño según la magnitud del asentamiento diferencial. A partir de las curvas de fragilidad es posible obtener la ocurrencia de cada estado de daño y construir matrices de probabilidad de daño. Probabilidad de Ocurrencia Asent. Difer. Ninguno Muy Leve Leve Moderado Extenso Completo 35 mm 0.30 0.26 0.20 0.04 0.05 0.15 35 METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD AFECTACIÓN Y SENSIBILIDAD DE LOS EDIFICIOS A LOS ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES
  • 32. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD Resumen T= 5 años Δmax (mm) Modelo Daño Muy Ligero Daño Ligero Daño Moderad o Daño Extenso Daño Completo % % % % % 95 V (Zapatas Centrales a un eje) 78% 55% 30% 19% 15% 27 IV (Zapatas de Borde) 51% 30% 14% 12% 9% 62 II (Zapata Central) 22% 15% 8% 5% 4% 89 I (Zapata Medianera) 18% 12% 6% 5% 4% 84 III (Zapata de Esquina) 12% 7% 4% 3% 3% La ubicación del asentamiento diferencial parece tener mayor incidencia en los daños de la estructura que la magnitud del mismo. El perfil de deformación del suelo después de ocurrido los asentamientos impuestos a la estructura, podría influir en el asentamiento diferencial máximo que puede tolerar la misma
  • 33. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Asentamiento Diferencial (mm) Curvas de Fragilidad Modelo II Muy Ligero T= 0.5 años Muy Ligero T= 5 años Ligero T= 0.5 años Ligero T= 5 años Moderado T= 0.5 años Moderado T= 5 años Extenso T= 0.5 años Extenso T= 5 años Completo T= 0.5 años Completo T= 5 años T= 0.5 años T= 5 años 63 53 METODOLOGÍA PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD Al comparar la probabilidad de daño calculado para los asentamientos ocurridos en un tiempo de 0.5 años vs. 5 años para un mismo modelo, existe una variación favorable en las estructuras que fueron sometidas a asentamientos diferenciales en un periodo más largo de tiempo.
  • 34. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES 3. CONCLUSIONES
  • 35. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES CONCLUSIONES Las investigaciones realizadas a lo largo del tiempo nos sirven de base para tomar decisiones en el cálculo de asentamientos tolerables de las estructuras. El análisis de vulnerabilidad por asentamientos diferenciales demuestran que la posibilidad de que la estructura colapse es mínima debido a que los esfuerzos adicionales son redistribuidos a las demás secciones. Sin embargo es posible que en casos extremos debido a las excesivas deformaciones, la estructura quedaría fuera de uso.
  • 36. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES REFERENCIAS Burland, J.B. and Wroth, C.P., (1974) “Settlement of Buildings and Associated Damage” en Proceedings of the Conference on Settlement of Structures – Session V, Cambridge, England, pp. 611–654. Finno R.J. et al., (2005) “Evaluating Damage Potential in Buildings Affected by Excavations” en Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Volumen 131, número 10, pp 1199-1210. Gallardo, G.E., (2020) Vulnerabilidad de Pórticos de Hormigón Armado expuestos a Asentamientos Diferenciales. Tesis de Maestría. Bolivia, Universidad San Francisco Xavier de Chuquisaca – Sucre. Laefer D.F. et al., (2009) “Predicting RC Frame Response to Excavation-Induced Settlement” en Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Volumen 135, número 11, pp 1605-1619. Negulescu, C. y Foerster, E., (2010) “Parametric studies and quantitative assessment of the vulnerability of a RC frame Building Exposed to differential settlements” en Natural Hazards and Earth System Sciences. Volumen 10, pp 1781-1792. Skempton, A.W. y MacDonald, D.H., (1956) ”The Allowable Settlement of Buildings” en ICE Proceedings: Engineering Division Civil. Volumen 5, número 6, pp. 727–768.
  • 37. IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES Muchas gracias...! Expositor: Gabriela Gallardo Correo: ggallardol@univalle.edu Teléfono: 73499211