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INGENIERÍA DE CIMENTACIONES CLASE 10

17/02/2016

docente MSc. -ing. Natividad Sánchez Arévalo

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CONTENIDO 1. Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor de seguridad, dentellones) 2. Aclaraciones referidas al diseño 3. Escaleras 3. Muros de Sótano 4. Losas macizas

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Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor de seguridad, dentellones) 1) K. Terzaghi, R. Peck, «Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica » Segunda Edición. Editorial El Ateneo. Buenos Aires. 2)Peck-Hanson-Thornburn «Ingeniería de Cimentaciones». 1996. editorial Limusa. México 3) A. Nilson, «Diseño de Estructuras De Concreto Armado». 12 edición. Mc Graw Hill. México 4) J. Calavera, «Muros de Contención y Muros de Sótano». 2ª edición, Intemac, Madrid-España 17/02/2016

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Calavera, «La profundidad mínima de cimentación debe ser 1.00 m y el proyectista debe asegurarse de que el terreno existe frente al muro en distancia suficiente igual a 2hf»

Nilson, «Si hay dudas con respecto a la confiabilidad del relleno por encima de la punta, debe suponerse mas conservadoramente que la superficie libre del terreno, se ubica en el nivel superior de la zapata, en cuyo caso el empuje pasivo se toma a partir de ese nivel» 17/02/2016

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Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor de seguridad, dentellones)

• El factor de seguridad al deslizamiento es 1.5 (Terzaghi ,fundador de la Mecánica de Suelos). Peck (primero coautor del libro publicado con Terzaghi y después coautor del libro publicado con Hanson y Thornburn) dice: «El factor de deslizamiento no debe ser menor que 1.5. Además la presión pasiva de tierra debe despreciarse al calcular el factor de seguridad, a menos que las condiciones locales permitan obtener una evaluación segura del valor de su límite inferior y a menos que se asegure la existencia de la presión durante la colocación del relleno detrás del muro» • Continúa Peck, «Si el factor de seguridad contra deslizamiento es menor que 1.5, debe modificarse el proyecto. Puede aumentarse la resistencia al deslizamiento usando un dentellón que se incruste en el suelo, debajo de la base o puede aumentarse la base para aumentar la superficie de deslizamiento. Para el mismo volumen de concreto, ordinariamente se considera el dentellón más efectivo que el aumento del ancho de la base, pero, por otra parte, el ancho de la base puede aumentarse con un costo menor.» 17/02/2016

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2. Influencia de los sismos en la estabilidad de los muros en voladizo Existen los métodos de Seed y el de Monobe-Okave, ambos se basan en suponer la superficie de falla plana. Emplearemos el método de Seed por ser mas simple, aún cuando sea menos exacto.

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MÉTODO DE SEED Es una simplificación del método de Monobe Okabe. Se usa para terrenos granulares ordinarios (Calavera) f.s deslizamiento sismo = 1.2 (Calavera, también Morales)

El método supone superficie de rotura plana, que se extiende hasta un punto A, cuya distancia horizontal a la coronación es 0.75 H la altura del muro. Se supone también que el incremento de empuje debido a la acción sísmica es horizontal, igual a la fuerza de inercia de la cuña del suelo, de lo que resulta que el empuje por sismo «Es» : Es = 0,5wH²(0.75 S); S = 0.5Z Z es el factor de zona (Nte-030) (recomendación Ing. Antonio Blanco)

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2. Aclaraciones referidas al diseño

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Nilson, «Si hay dudas con respecto a la confiabilidad del relleno por encima de la punta, debe suponerse mas conservadoramente que la superficie libre del terreno, se ubica en el nivel superior de la zapata, en cuyo caso el empuje pasivo se toma a partir de ese nivel» MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A.

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Diseño de los dentellones

Los dentellones se diseñan como vigas en voladizo sometidas a flexión o como braquetes según se cumplan las siguientes relaciones: a/(H-6) < 1 Braquetes a/(H-6) > 1 viga volado Si resulta viga en volado, ya saben como diseñar 17/02/2016

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LOS BRAQUETES Ó MÉNSULAS

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Avf = Vu/(0.85fyµ)

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El dentellón tiene un ancho mínimo de 0.40 y una altura de 0.30 a 0.40 m. MacCormac,recomienda altura entre 2/3 a 1 del peralte total de la zapata. -Verificar: a/d < 1; diseñar como braquete; si sucede lo contrario se diseña como viga esbelta, tal como aprendieron en concreto. -Se encuentra la ubicación y la resultante «a» y Pp. -Calcular Vu = Pp x 1.7; Vn = Vu/ϕ; ϕ = 0.85

DISEÑO DE BRAQUETES

a

-Vn ≤ menor valor de 0.2f´cbd o 55bd.

-Calcular Mu = Vu*a y se calcula el refuerzo Af -Calcular el refuerzo por corte fricción Avf = Vu/(0.85fyµ); µ=0.6 ( concreto - concreto endurecido) El -área de refuerzo principal de tracción Asc es el mayor entre Af; 2/3Avf; y 0.04f´c/fy

-El17/02/2016 área total Ah≥ 0.5 Asc y se distribuye en los 2/3d MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A.

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Hp

Hp= 6075

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Af = 1.02 cm2

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Ah

Asc

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DIMENSIONAMIENTOS

Medidas de contrapasos:

Monumentales, 13 a 15 cm Edificios, 15 a 17.5 cm Secundarias, 18 a 20 cm Medida mínima de pasos: En general = 25 cm

ESCALERAS DE UN TRAMO

ESCALERAS CONVENCIONALES DE DOS TRAMOS

ESCALERA CON PELDAÑOS EN VOLADIZO

ESCALERA TIPO ALFOMBRA

ESCALERA UCCI

ESCALERA HELICOIDAL CON PELDAÑOS EN VOLADIZO

ESCALERA AUTOPORTANTE

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CALCULO DE ESCALERAS CONVENCIONALES DE DOS TRAMOS Estas escaleras convencionales corresponden a aquellas que tienen apoyo en el arranque, apoyo en el descanso y apoyo en la entrega del piso

PREDIMENSIONAMIENTO LOSA: LUZ HORIZONTAL/25 Ó 20 PARA EL METRADO DE CARGAS TENER EN CUENTA: PARA 1 M HORIZONTAL CORRESPONDE UNA DETERMINADA CANTIDAD DE LONGITUD INCLINADA OBTENIDA DE LA HIPOTENUZA QUE CORRESPONDE A LOS CATETOS PASO Y CONTRAPASO. SE EFECTUARÁ UN TALLER CONJUNTO CON LOS ALUMNOS

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MUROS DE SÓTANO, LOSAS Y TANQUES

Mag. Natividad Sánchez

DIFERENCIA ENTRE LOS MUROS EN VOLADIZO Y LOS MUROS DE SÓTANO

TIPOS DE EMPUJE •La presión del terreno sobre un muro está muy condicionada por la deformabilidad del muro. Esta deformabilidad se refiere no sólo a la que experimenta el muro, sino también a la deformabilidad que produce el muro en el terreno. •En la interacción entre el muro y el terreno sobre el que cimienta puede ocurrir que las deformaciones sean prácticamente nulas, de lo que se puede deducir que la masa se encuentra en estado de reposo y se está en el caso del empuje al reposo. En este caso se encuentran los muros de sótano.

•Si el muro se desplaza, permitiendo la expansión lateral del suelo, se produce un fallo por corte del suelo y la cuña de rotura avanza hacia el muro y desciende. El empuje se reduce desde el valor del empuje al reposo hasta el denominado valor de empuje activo, que es el mínimo valor posible del empuje. •Por el contrario, si se aplican fuerzas al muro de forma que éste empuje al relleno, el fallo se produce mediante una cuña mucho mas amplia, que experimenta un ascenso. Este es el empuje pasivo. Es el mayor valor que puede alcanzar el empuje. •Por lo tanto, el empuje al reposo es de valor intermedio entre el empuje activo y el empuje pasivo

MUROS DE SÓTANO Son muros diferentes a los que hemos venido estudiando, porque estos tienen mínimamente apoyos en la base y en la parte superior. El empuje que reciben estos muros es de los suelos en reposo. Se puede simplificar con una variación de empuje uniformemente repartido equivalente a 0.65 ca wH, para suelos de buena calidad

•Este tipo de muro ya no es un voladizo, ya no se puede voltear, ya No recibe empuje activo, sino otro tipo de empuje, denominado de los suelos en reposo (ko = 0.5, 0.8). •Si no se va ha voltear no necesita talón •Para que se produzca empuje tiene que haber deformación (desplazamiento). En este caso no ocurrirá porque hay techo. •Los espesores que generalmente se usan en los muros de sotano, son generalmente de 25 cm para un sotano; de 30 cm para dos sotanos; de 35 cm para tres sotanos. Estos valores son para alturas normales, de piso a piso de 2.80 m a 3.00 m. •El muro de sotano se calcula como una losa de uno o mas tramos

HIPOTESIS DE DISEÑO EN MUROS DE SÓTANO 1) No se produce empuje y las cargas verticales son máximas. Esto se puede dar en el caso de muros de sótano que no están sometidos a empuje y sirven de apoyo a muros portantes. Ej. Edificio Administrativo - UNCP 2) Se produce empuje y las cargas verticales son mínimas. Esto se puede dar en estructuras de pórticos ó duales con sótano. 3) Se produce empuje y las cargas verticales son significativas. Esto se puede dar en estructuras de muros portantes con sótano que soporta empujes del suelo.

CASOS EN LOS COMPORTAMIENTOS DE LAS LOSA DE LOS MUROS DE SOTANO

MUROS DE SÓTANO CON COMPORTAMIENTO UNIDIRECCIONAL (CASO 1)

0.65 ca wH

MUROS DE SÓTANO CON COMPORTAMIENTO UNIDIRECCIONAL (CASO 2)

MUROS DE SOTANO CON LOSAS DE COMPORTAMIENTO BIDIRECCIONAL Se trabaja con el empuje promedio recomendado por el Ing. Harmsen

Un muro de sótano de 3.00 m de altura de piso a piso, estará sometido fundamentalmente a fuerzas de empuje del terreno. Teniendo en consideración que las columnas que enmarcan el muro están distanciadas a 9 m. entre sí. Se pide: 1)Diseñar el muro de contención, sólo, para los empujes del suelo 2) Diseñar el muro para empujes y sobrecarga equivalente a 500 k/m2. 3) Si las columnas estuvieran distanciadas entre sí a 5 m. ¿Cómo lo resolverias?. Justifique su respuesta. DATOS: qadm. = 3 k/cm2; ɸ=300 ; w = 2000 kg/m3; µ = 0.45.

LOSAS CON COMPORTAMIENTO BIDIRECCIONAL

LAS LOSAS QUE TIENEN SUS BORDES APOYADOS EN VIGAS O MUROS

Lc L

L

1

Losas apoyadas en vigas. (www.ing.unlp.edu.ar)

lc

2

LAS LOSAS MACIZAS DE CONCRETO ARMADO Si los paños son cuadrados, se deforman con igual curvatura en las dos direcciones.  Si los paños son rectangulares con relaciones largo/ancho menor o igual a 2, las losas macizas continúan trabajando en dos direcciones, pero la mayor curvatura es hacia el lado más corto y la menor curvatura es hacia el lado más largo.

Si los paños rectangulares tienen la relación largo/ancho mayor que 2, las losas macizas trabajan en la dirección corta lc.

DISEÑO DE UNA LOSA MACIZA EN DOS DIRECCIONES

TABLA DE COEFICIENTES PARA EL CALCULO DE LOS MOMENTOS DE DISEÑO DE LOSAS APOYADAS EN VIGAS (JOINT COMITEE ASLE-ACI 1940)

1.

Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor de seguridad, dentellones)

1) K. Terzaghi, R. Peck, «Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica » Segunda Edición. Editorial El Ateneo. Buenos Aires. 2)Peck-Hanson-Thornburn «Ingeniería de Cimentaciones». 1996. editorial Limusa. México 3) A. Nilson, «Diseño de Estructuras De Concreto Armado». 12 edición. Mc Graw Hill. México 4) J. Calavera, «Muros de Contención y Muros de Sótano». 2ª edición, Intemac, Madrid-España

Calavera, «La profundidad mínima debe ser 1.00 m y el proyectista debe asegurarse de que el terreno existe frente al muro en distancia suficiente igual a 2hf»

Nilson, «Si hay dudas con respecto a la confiabilidad del relleno por encima de la punta, debe suponerse mas conservadoramente que la superficie libre del terreno, se ubica en el nivel superior de la zapata, en cuyo caso el empuje pasivo se toma a partir de ese nivel» 79

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1.

Aclaraciones referidas a la estabilidad al deslizamiento (factor de seguridad, dentellones)

• El factor de seguridad al deslizamiento es 1.5 (Terzaghi ,fundador de la Mecánica de Suelos). Peck (primero coautor del libro publicado con Terzaghi y después coautor del libro publicado con Hanson y Thornburn) dice: «El factor de deslizamiento no debe ser menor que 1.5. Además la presión pasiva de tierra debe despreciarse al calcular el factor de seguridad, a menos que las condiciones locales permitan obtener una evaluación segura del valor de su límite inferior y a menos que se asegure la existencia de la presión durante la colocación del relleno detrás del muro» • Continúa Peck, «Si el factor de seguridad contra deslizamiento es menor que 1.5, debe modificarse el proyecto. Puede aumentarse la resistencia al deslizamiento usando un dentellón que se incruste en el suelo, debajo de la base o puede aumentarse la base para aumentar la superficie de deslizamiento. Para el mismo volumen de concreto, ordinariamente se considera el dentellón más efectivo que el aumento del ancho de la base, pero, por otra parte, el ancho de la base puede aumentarse con un costo menor.» 17/02/2016

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2. Influencia de los sismos en la estabilidad de los muros en voladizo Existen los métodos de Seed y el de Monobe-Okave, ambos se basan en suponer la superficie de falla plana. Emplearemos el método de Seed por ser mas simple

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MÉTODO DE SEED Es una simplificación del método de Monobe Okabe. Se usa para terrenos granulares ordinarios (Calavera)

El método supone superficie de rotura plana, que se extiende hasta un punto A, cuya distancia horizontal a la coronación es 0.75 H la altura del muro.

El f.s deslizamiento = 1.2 Se supone también que el (Calavera, también Morales)

incremento de empuje debido a la acción sísmica es horizontal es igual a la fuerza de inercia de la cuña del suelo, de lo que resulta que el empuje por sismo Es : Es = 0,5wH²(0.75 S); S = 0.5Z Z es el factor de zona (Nte-030) (recomendación Ing. Antonio Blanco)

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2. Aclaraciones referidas al diseño

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Nilson, «Si hay dudas con respecto a la confiabilidad del relleno por encima de la punta, debe suponerse mas conservadoramente que la superficie libre del terreno, se ubica en el nivel superior de la zapata, en cuyo caso el empuje pasivo se toma a partir de ese nivel» MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A.

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LOS BRAQUETES Ó MÉNSULAS

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Avf = Vu/(0.85fyµ)

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En el caso de los dentellones, no existe la fuerza «Nu». Por tanto se sigue el siguiente proceso: 1) Generalmente, según algunos autores, el dentellón tiene un ancho mínimo de 0.40 y una altura de 0.30 a 0.40 m. Otros autores, como por ejemplo, Mac Cormac, recomienda que la altura del dentellón esté entre 2/3 al peralte total de la zapata. 2) Debe verificarse que a/d < 1; caso contrario se diseña como viga esbelta (esto ya sabe el alumno). Lo que continua está especificado para braquetes(a/d < 1) 3) Se encuentra la ubicación y la resultante Pp y la distancia a. Se encuentra Vu = Pp x 1.7; Vn = Vu/ϕ; ϕ = 0.85 4) El valor límite de Vn, es el menor valor entre 0.2f´cbd o 55bd. 5) Se calcula Mu = Vu*a y se calcula el refuerzo Af 6) Se calcula el refuerzo por corte fricción Avf = Vu/(0.85fyµ); µ=0.6 (el concreto de la zapata será colocado sobre concreto endurecido del dentellón) 7) El área de refuerzo principal de tracción Asc es el mayor entre Af; 2/3Avf; y 0.04f´c/fy 8) El área total Ah≥ 0.5 Asc y se distribuye en los 2/3d 17/02/2016

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DISEÑO DE DEPÓSITOS RECTANGULARES DE AGUA . El diseño de estas estructuras requiere que además de satisfacer requisitos de resistencia, deben también satisfacer requisitos de utilidad. Un tanque debe soportar las fuerzas generadas por el agua sin fisuras, para evitar fugas de agua.

El objetivo de diseñar y construir un tanque estructuralmente efectivo sin presentar fisuras se consigue: 1)proporcionando la cantidad y distribución necesaria de refuerzo; 2) el espaciamiento apropiado y el detallado de las juntas de costrucción; y 3) el uso de concreto de buena calidad, usando prácticas de construcción apropiadas,

CODIGO ACI 350-ESTRUCTURAS DE CONCRETO EN INGENIERÍA AMBIENTAL • Métodos de diseño: Existen 02 métodos de diseño: a) diseño por resistencia; y b)diseño por esfuerzos admisibles •

El ACI-350, recomienda procedimientos para el uso combinado del método de esfuerzos admisibles , con el método de la resistencia para las estructuras de los depósitos de retención de líquidos.

•

El análisis con el método de esfuerzos admisibles, bajo cargas en estado de servicio incluye cálculo de los anchos de las fisuras y sus efectos a largo tiempo en la estructura en términos de su estabilidad y desempeño funcional.

MODIFICACIONES DEL CODIGO ACI 350 EN ¨LOS MËTODOS DE DISEÑO •

El factor de carga a ser usado para la presión de líquidos laterales(F), es 1.7

•

Los componentes del tanque, tienen que ser diseñados para alcanzar la cantidad de fuerza ultima (U) de acuerdo al método de la resistencia en la NTE-060. Pero el ACI 350, requiere que el valor de U de los momentos flectores, sea incrementado usando un un amplificador adicional llamado coeficiente sanitario. El coeficiente sanitario, incrementará las cargas de diseño para proporcionar un diseño mas conservador con menos fisuras. De esa manera la FUERZA REQUERIDA es:

1. Los coeficientes sanitarios son: 1.30, para flexión 1.65, para tracción directa 1.30, para fuerza cortante

DURABILIDAD

DURABILIDAD (CONTINÚA)

Condiciones de Carga

CONTROL DE FISURAS El ancho de las fisuras tiene que ser lo mínimo posible, para cada uno de los componentes del tanque, para prevenir fugas y corrosión de refuerzo. Un criterio para limitar el ancho de las fisuras lo da el ACI, en función de un parámetro z

z = parámetro límite para la distribución del refuerzo de tracción por flexión fs = esfuerzo del acero bajo cargas de servicio ≈ 0.6 fy dc= espesor del recubrimiento de concreto, medido desde la fibra extrema en tracción al centro de gravedad del acero traccionado a esa fibra. A = área efectiva del concreto en tracción (cm²), que rodea al refuerzo principal de tracción y cuyo centroide coincide con el de dicho refuerzo. Cuando tomamos en cuenta el espaciamiento S. A = 2dcS; S o bw = espaciamiento máximo. S o bw, se obtiene de reemplazar , A, en la expresión de Z, tal como se muestra:

Los valores de z de acuerdo al Aci-350

Para tanques z ≤ 20580 k/cm, que corresponde a rajaduras de 0.025 cm Para condiciones severas z ≤ 17000 k/cm, que corresponde a rajaduras de 0.02 cm También el código ambiental recomienda que la longitud máxima de la pared de un tanque no debe exceder de 18 m. El rango de longitud máxima debe estar entre 9 a 15 m.

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