EXAMEN CIMENTACIONES ANÁLISIS GEOTÉCNICO COMPENSADA
DEL
SISTEMA
DE
CIMENTACIÓN
a.- Cargas de la estructura. De acuerdo con la información proporcionada por el constructor, el edificio a construir será de cuatro niveles + planta baja, destinados para alojar departamentos, y un semisótano para estacionamiento, seis niveles en total. El semisótano está resuelto estructuralmente con columnas, trabes y losas de concreto. Los pisos restantes serán muros de carga, columnas y losas de concreto. Las características principales de la estructura, así como las cargas proporcionadas por el responsable del diseño estructural, que incluyen el peso del cajón de cimentación y de sus trabes de rigidez, se dan a continuación: UBICACIÓN: TLALPAN, ESQUINA CON RÍO CHURUBUSCO, MÉXICO D.F. ANCHO DEL CAJÓN DE CIMENTACIÓN B = 15.00 metros LARGO DEL CAJÓN DE CIMENTACIÓN L = 21.40 metros GRUPO B (departamentos) ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA ___________ ZONIFICACIÓN SÍSMICA _______________ COEFICIENTE SÍSMICO ________________ NIVEL FREÁTICO -3.00 m SEMISÓTANO: Profundidad de desplante = -3.00 m; columnas, trabes y losas de concreto PLANTA BAJA ; columnas, trabes y losas de concreto NIVELES 1, 2, 3 y 4; muros de carga, columnas y losas de concreto
Centro geométrico (C.G.) Centro de masa (C.M.) Momentos de inercia Excentricidad (m) Superficie de contacto Sin reducir por excentricidad
TIPO DE CARGA C.M. + Carga viva máxima C.M. + Carga viva instantánea C.M. + Carga viva media
X
Y
10.70 10.25
7.50 7.39
m4
0.45 m
m4
0.11 m 2
321 m
PESOS Y MOMENTOS DE VOLTEO PESO (t) Mx (t-m) 2576 2196 2103
283.36 241.56 231.33
My (t-m) 1159.20 988.20 946.35
MOMENTOS DE VOLTEO POR SISMO 876.21
945.40
Las cargas anteriores deberán afectarse por los factores de carga correspondientes.
b.-Tipo de cimentación por revisar: Con base en las características estratigráficas, arquitectónicas, las cargas estructurales y de servicio del edificio, y de las alternativas de cimentación analizadas, se desprende que la cimentación que puede cumplir con las condiciones de seguridad y funcionalidad de la estructura y con el Reglamento de Construcciones para el D.F., es un cajón hueco estanco con losa tapa. El cajón de cimentación estará formado por muros perimetrales de contención, trabes y losas macizas, tanto la de cimentación como la losa tapa. La profundidad de desplante efectiva mínima será de -3.00m, con respecto al nivel de banqueta. El nivel de agua freática se detectó a -3.00m de profundidad, con respecto al nivel de banqueta mencionado, en la fecha en que se realizó la exploración. El nivel + 0.00 arquitectónico corresponde con el nivel de banqueta, en lo que sigue, se hará referencia a la profundidad del desplante de la losa del cajón con respecto a este nivel. 1.-Revisión ante estado límite de falla. 1.1.-Condiciones estáticas. De acuerdo con el subcapítulo 3.1 de las N.T.C. para diseño de cimentaciones, la revisión se efectúa comprobando la siguiente desigualdad:
∑ 1.2.-Condiciones sísmicas. Se verifica que se cumpla la desigualdad siguiente considerando el área reducida de la cimentación, calculada de acuerdo a la excentricidad provocada por sismo; la resistencia del suelo se afecta por un factor de reducción debido a fuerzas de inercia en la masa de suelo, según el mecanismo propuesto por Rosenblueth:
∑
[
]
Esfuerzos inducidos por sismo. 1.3.-Esfuerzo límite en la orilla: La estabilidad en condición sísmica se efectúa revisando que el esfuerzo en la esquina sometida a la compresión máxima sea menor que el esfuerzo límite ql calculado con la siguiente expresión:
1.4.-Tensiones inducidas por sismo: Deberá verificarse que en la esquina con mayor descarga no se presenten tensiones, es decir, que el incremento sísmico Δqs sea menor que la presión estática total w – Δwe :
2.- Revisión ante estado límite de servicio. Esta revisión corresponde a la estimación de los movimientos verticales que sufrirá la estructura, los cuales se deberán a la recuperación de las expansiones elásticas producidas durante la construcción de la cimentación y a los asentamientos debidos a la consolidación de los depósitos arcillosos, producidos por el incremento de presión neta transmitida al subsuelo por tratarse de una cimentación parcialmente compensada. 2.1.- Expansiones elásticas. El comportamiento casi lineal de la relación esfuerzo deformación de la arcilla saturada no drenada, tanto en pruebas de carga como de descarga, permite aplicar con razonable aproximación métodos analíticos basados en la teoría de la elasticidad para calcular la magnitud de la expansión inmediata en un área rectangular descargada. Uno de estos métodos se debe a Egorov, y se basa en la siguiente ecuación:
2.2.- Asentamientos diferidos. ASENTAMIENTOS EN SUELOS ESTRATIFICADOS: Cuando el perfil del suelo está formado por una sucesión de estratos de muy diferente compresibilidad y espesor, como ocurre en depósitos fluviales o fluvio-lacustres, el asentamiento de un punto cualquiera bajo una carga uniforme, en un suelo estratificado, puede expresarse como la suma de los asentamientos parciales de cada una de las capas de suelo que forman el perfil, a lo largo de la vertical que pasa por el punto considerado. La expresión más usual para calcular el asentamiento por consolidación es la siguiente:
NOTA: USAR PROGRAMA ESFASENT 2.3.- Asentamiento total
3.- Empujes sobre los muros perimetrales del cajón de cimentación. El empuje para el diseño de los muros laterales del cajón de cimentación se calculó para la condición de muro rígido siguiendo las recomendaciones establecidas en el Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, y se determinaron considerando los siguientes efectos:
El esfuerzo que ejerce la masa de suelo en condiciones de reposo, obtenida como el producto acumulado de la presión efectiva , afectados por el coeficiente de presión de tierras en reposo K o.
La acción de una sobrecarga uniformemente repartida, actuando en un área contigua al muro, obteniéndose los esfuerzos inducidos bajo un punto en la parte media lateral del área, afectada por el coeficiente de presión de tierras en reposo. Se consideró una sobrecarga q = 2.0 t/m2.
El empuje que produce la fuerza hidrostática debido a la presencia del nivel de aguas freáticas.
Para tomar en cuenta las solicitaciones sísmicas, se determinó una componente horizontal expresada como el producto del peso de la masa de suelo deslizante por un coeficiente sísmico c de ____ (zona ______).
(
)
Una vez calculados los valores de los cuatro efectos, se superpusieron para encontrar la envolvente de empuje horizontal que deberá ser considerada en el diseño de los muros del cajón y del semisótano. 4.0.- Estabilidad de los taludes de la excavación. Taludes de avance. Considerando los materiales del suelo y la profundidad de la excavación, se analizó un talud con pendiente 0.50 : 1.00 (horizontal a vertical), entre el nivel de banqueta y -3.0 m, con una sobrecarga de 2.00 t/m², debida al peso del equipo de excavación, la cual estará limitada a 1.50 m de distancia del hombro del talud. De acuerdo al criterio de Jambú, para que las paredes de una excavación sean estables, debe cumplirse la siguiente desigualdad:
5.0.- Falla general del fondo de la excavación por cortante. Dado que durante el proceso de construcción de las estructuras es necesario efectuar una excavación profunda, se podría presentar como la condición más crítica la falla de fondo de la excavación. La revisión de la estabilidad del fondo de la excavación se realizó mediante el cumplimiento de la siguiente desigualdad:
