Manual de Diseño Geotécnico de cimentaciones superficiales

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE CONSTRUCCIONES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL. TRABAJO DE DIPLOMA. TÍTULO:. “Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales”. DIPLOMANTE: Thanh Dao Duc TUTOR: Dr. Cs Ing. Gilberto Quevedo Sotolongo.. CURSO: 2009 – 2010.

(2) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……….Constancia y Certificación. Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Civil, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica. Trabajo de Diploma. Curso: 2009-2010.

(3) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Pensamiento. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(4) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Pensamiento. “La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son esencialmente sencillas y, por regla general pueden ser expresadas en un lenguaje comprensible para todos.” Albert Einstein. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(5) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………Dedicatoria. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(6) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………Dedicatoria. A mi familia. A mi novia Ha Nguy Thi Hai.. Trabajo de Diploma……………………………………………………………………………….Curso: 2009-2010.

(7) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales…………………….Agradecimiento. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(8) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales…………………..Agradecimientos. A todos los profesores que con tanta dedicación me han transmitido sus conocimientos y mitigado mis dudas, en especial a mi tutor Dr. Cs Ing. Gilberto Quevedo Sotolongo por ayudarme y dedicarme parte de su valioso tiempo para que todo saliera bien. A mi familia por apoyarme y animarme por todo tiempo. A mi novia Ha Nguy Thi Hai por compartirme la vida estudiantil en Cuba. A mis amigos por haber estado conmigo en las buenas y en las malas, en especial: A todos los estudiantes Vietnamitas que están estudiando en Villa Clara. A los mejores amigos Cubanos que me han ayudado en todos estos años de estudios, a Egberto (Tico), Oscar. A los estudiantes Extranjeros del aula, a Isaac de Ghana, Marco de Perú, Poochie de Jamaica, Tchedre de Togo por haberme acompañado en la vida estudiantil en Cuba. A todos los amigos del aula que me han compartido la vida estudiantil en Cuba. En general a todas las personas que hicieron posible la culminación con éxito de este trabajo.. Trabajo de Diploma…………………………………………………………….…………………Curso: 2009-2010.

(9) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………………..….Índice. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(10) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………………….. Índice. PENSAMIENTO DEDICATORIA AGRADECIMIENTOS ÍNDICE RESUMEN INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………..…1 CAPÍTULO 1……………………………………………………………………………………………………………4 1.1. MÉTODOS DE DISEÑO EN LA GEOTECNIA. ......................................................... 4. 1.1.1. Método de los Esfuerzos Admisibles. (MEA) ............................................................ 4. 1.1.2. Método del Factor de Seguridad Global. (MFSG) ..................................................... 5. 1.1.3. Métodos de los Estados Límites. (MEL)..................................................................... 7. 1.2. CAPACIDAD DE CARGA. ............................................................................................ 10. 1.2.1. Análisis del comportamiento tenso-deformacional del suelo................................... 10. 1.2.2. Método de Brinch-Hansen. ....................................................................................... 12. 1.3. CALCULO DE DEFORMACIONES. ........................................................................... 14. 1.3.1. Métodos lineales......................................................................................................... 17. 1.3.1.1. Presión Límite de Linealidad. ............................................................................ 18. 1.3.1.2. Método de sumatoria de capas. ......................................................................... 19. 1.3.1.3. Método de la capa equivalente. ......................................................................... 19. 1.3.1.4. Método de la potencia limitada. ........................................................................ 20. 1.3.1.5. Método de Skempton-Bjerrum. ........................................................................ 20. 1.3.2. Métodos no lineales. .................................................................................................. 21. 1.3.3. Factores que intervienen en el cálculo de los asentamientos. .................................. 21. 1.3.3.1. Tensión de contacto. .......................................................................................... 21. 1.3.3.2. Incremento de presiones verticales por carga impuesta en la masa de suelo. (´zp)………………………………………………………………………………………………………………..22 1.3.3.3. Factor de influencia Jz ........................................................................................ 23. 1.3.3.4. Potencia activa. ................................................................................................... 24. 1.4. APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN. .............................................................. 26. 1.5. CARACTERÍSTICAS DEL MANUAL DEL PROYECTISTA. ................................. 27. 1.6. CONCLUSIONES PARCIALES………………………………………………………………………..28. Trabajo de Diploma…………………………………………….…………………………………Curso: 2009-2010.

(11) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………………….. Índice. CAPÍTULO 2…………………………………………………………………………………………………………29 2.1. ASPECTOS INGENIERO-GEOLÓGICOS. RECOMENDACIONES………….……29. 2.1.1. Las investigaciones geotécnicas se han de programar en función de ................... 29. 2.1.2. Resultados de las investigaciones ingeniero-geológicas. ........................................ 29. 2.2. PARÁMETROS. FÍSICO-MECÁNICOS. DE. LOS. SUELOS. Y. ROCAS.. RECOMENDACIONES. ............................................................................................................ 30 2.3. COMBINACIONES DE CARGAS. RECOMENDACIONES. .................................. 33. 2.4. AGUAS SUBTERRANEAS. RECOMENDACIONES................................................ 36. 2.5. PROFUNDIDAD DE LA CIMENTACIÓN. RECOMENDACIONES. ................... 37. 2.6. DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR EL 1ER ESTADO. LÍMITE. ........................................................................................................................................ 39 2.6.1. Chequeo al vuelco. ................................................................................................. 39. 2.6.2. Chequeo al deslizamiento. ..................................................................................... 43. 2.6.3. Chequeo de la capacidad de carga......................................................................... 45. 2.6.3.1. Cálculo del valor qbr* por el método de Brinch-Hansen. ................................. 47. 2.6.3.2. Casos de bases de cimentaciones estratificadas. ................................................ 55. 2.6.4. Metodología para la determinación del área de la base según el criterio de. estabilidad (1er Estado Limite). ................................................................................................ 64 2.7. DISEÑO GEOMÉTRICO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR 2DO. ESTADO LÍMITE. ...................................................................................................................... 70 2.7.1. Cálculo de los asentamientos absolutos. ............................................................... 71. 2.7.1.1. Asentamientos absolutos lineales. ...................................................................... 71. 2.7.1.2. Asentamientos absolutos no lineales. .............................................................. 103. 2.7.2. Cálculos de los asientos relativos. ........................................................................ 109. 2.7.2.1. Comportamiento Lineal del suelo. Determinación del Giro. ........................ 109. 2.7.2.2. Comportamiento No Lineal del suelo. Determinación del Giro. .................. 111. 2.7.2.3. Comportamiento lineal. Determinación de la Distorsión angular. ................ 112. 2.7.2.4. Comportamiento no lineal. Determinación de la Distorsión angular. ........... 112. 2.7.3. Metodología para la determinación del área de la base según el criterio de. deformación (2do Estado Limite)........................................................................................... 112 2.8. APLICACIONES DE COMPUTACIÓN.................................................................... 120. 2.8.1. DGCim (Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales por el Método de. los Estados Límites). ................................................................................................................ 121 2.8.1.1. Introducción al Sistema DGCim. .................................................................... 121. Trabajo de Diploma…………………………………………….…………………………………Curso: 2009-2010.

(12) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………………….. Índice 2.8.1.2 2.8.2. 2.9. Diseño geotécnico con DGCim. ...................................................................... 121 Hojas de Mathcad. ............................................................................................... 126. 2.8.2.1. Introducción al Programa de Mathcad. ........................................................... 126. 2.8.2.2. Diseño geotécnico de cimentaciones con Hojas de Mathcad. ....................... 127. CONCLUSIONES PARCIALES…………………………………………………………….……...128. CONCLUSIONES……………………………….………………………….…………………………………..129 RECOMENDACIONES………………………………….………………………………………………….130 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………………..…131 ANEXOS………………………………………………………………..………………………………………..……132. Trabajo de Diploma…………………………………………….…………………………………Curso: 2009-2010.

(13) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………….Resumen. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(14) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………….Resumen. Resumen El presente trabajo forma parte de un proyecto ramal del MICONS. Consiste en redactar un Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales que facilite a los proyectistas las aplicaciones de la Norma Cubana actual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales (NC 1:2007) y los nuevos programas de computación. La estructura del trabajo está integrada por 2 Capítulos, conclusiones y recomendaciones. En el Capítulo 1, a partir del estudio de la NC actual de Diseño Geotécnico. de. Cimentaciones. Superficiales. y. los. nuevos. programas. de. computación, se realiza una fundamentación de algunos aspectos importantes que intervienen en el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales como: métodos de diseño en la geotecnia, capacidad de carga, deformaciones y programas de computación a utilizar. En el Capítulo 2 se estructura el Manual combinando los aspectos teóricos con las aplicaciones prácticas e introduciendo las aplicaciones de los programas de computación. Finalmente, se brindan algunas conclusiones y recomendaciones con respecto a los nuevos aspectos que se desarrollan en la NC actual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y las potencialidades que aportan los nuevos programas de computación.. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(15) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………….Resumen. Abstract This research is a part of a MICONS project, which consists in redacting a Manual of Geotechnical Design of Shallow Foundations, which will facilitate designers in the applications of the actual Cuban Standards of Geotechnical Design of Shallow Foundations (NC 1:2007) and new Software. The work consists of 2 Chapters, conclusions and recommendations. Chapter 1 was based on studies of the actual Cuban Standards of Geotechnical Design of Shallow Foundations and new Software. An analysis of some important aspects of Geotechnical Design of Shallow Foundations and new Software was completed, these aspects include: Design methods, Bearing Capacity and Deformations. In Chapter 2, the Manual was organized by combining theoretical aspects with practical applications and introducing the new Softwares applications. Finally, some conclusions and recommendations were offered with respect to the new aspects of the actual Cuban Standards of Geotechnical Design of Shallow Foundations and the potential of the new Software.. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(16) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Introducción. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(17) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Introducción Fundamentación. En el tema del Diseño Geotécnico de las Cimentaciones, se han desarrollado múltiples trabajos destinados a la racionalización y seguridad de los métodos de diseño. En Cuba desde los años 80 se ha utilizado el Método de los Estados Límites, la primera Norma Cubana recoge este método como metodología de diseño, aplicando un sistema de coeficientes de seguridad que difieren de la última variante de Norma propuesta para Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales, por lo tanto los documentos y manuales que se basan en la vieja NC en estos momentos ya no son adecuados para el proyectista.. Problema científico. En estos momentos existen una nueva Norma Cubana de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y nuevos programas de computación que ayudan a los proyectistas a diseñar geotécnicamente las Cimentaciones Superficiales en Cuba, pero no existe un manual que actualice los nuevos aspectos planteados en la NC actual, por lo tanto es necesario realizar un Manual actualizado que facilite a los proyectistas las aplicaciones novedosas y los nuevos programas de computación.. Hipótesis. Es posible la redacción de un Manual para el proyectista, que basándose en lo planteado en la NC actual de Cimentaciones Superficiales, los programas de computación y reforzando los aspectos teóricos principales que se desarrollan en la misma, combinado esto con ejemplos prácticos necesarios, facilite la aplicación de la NC actual.. Trabajo de Diploma. -1-.

(18) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Introducción Objetivo general. Realizar un Manual de Diseño actualizado que facilite a los proyectistas las aplicaciones a partir de. la NC actual para el Diseño Geotécnico de las. Cimentaciones Superficiales y el uso de los programas de computación.. Objetivos específicos.  Estructurar. el. Manual. de. Diseño. Geotécnico. de. Cimentaciones. Superficiales basado en la NC actual y los nuevos programas de computación.  Introducir en el Manual ejemplos prácticos y programas de computación adecuados. Preguntas de investigación.  ¿Cómo estructurar, a partir de la NC actual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y los programas de computación, un Manual que facilite a los proyectistas sus aplicaciones?  ¿Cómo combinar en la redacción del Manual los aspectos teóricos con las aplicaciones prácticas? Tareas científicas.  Realizar un estudio de la NC actual de Cimentaciones Superficiales y los programas de computación.  Estructurar un Manual, a partir de la NC actual y los programas de computación, que facilite la comprensión del proyectista.  Realizar ejemplos prácticos que faciliten la comprensión del proyectista.  Combinar los aspectos teóricos y las aplicaciones prácticas.. Trabajo de Diploma. -2-.

(19) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….Introducción Estructura del trabajo. El trabajo presenta los siguientes Capítulos: Capítulo 1. Aspectos teóricos a tener en cuenta en el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales. En este capítulo se realiza primeramente una fundamentación en el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales en aspectos importantes tales como: métodos de diseño, capacidad de carga, cálculo de deformaciones y aplicaciones de la computación. Para finalizar se exponen las características del Manual del proyectista. Capítulo 2. Manual del proyectista. A partir de la NC actual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales se estructura el Manual, introduciendo ejemplos prácticos necesarios y combinando estos ejemplos con los aspectos teóricos. Al final de este Capítulo se explica las aplicaciones de los programas de computación, Hojas de Cálculo de Mathcad y el Sistema DGCim.. Trabajo de Diploma. -3-.

(20) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(21) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. 1.1. MÉTODOS DE DISEÑO EN LA GEOTECNIA. Para el diseño de las cimentaciones, se han desarrollado varios métodos. A. través del tiempo y con el desarrollo de la geotecnia, los métodos de diseño según su orden de aparición son: el Método de los Esfuerzos Admisibles, el Método del Factor de Seguridad Global, y el Método de los Estados Límites (González-Cueto Vila, 1997; Caso, 1998; Cedeño, 1999). A continuación, se hará un análisis de forma breve sobre cada uno de ellos. 1.1.1 Método de los Esfuerzos Admisibles. (MEA) Uno de los primeros métodos de diseño fue el de los Esfuerzos Admisibles cuya ecuación fundamental es: [1.1] Dónde:  Y1: Valor de tensiones actuantes, con sus valores normativos, debido a las cargas.  Y2admisible: Valor de las tensiones admisibles del material con que se trabaja. Para el caso específico del suelo, en Cuba se empleó por mucho tiempo, como ecuación de diseño de las cimentaciones la siguiente expresión: [1.2] Dónde:  P: Valor de las tensiones actuantes en el suelo por el efecto de las cargas normativas.  R’s: Valor de la tensión admisible del suelo. El valor de R’s en este caso se determina de forma experimental y/o empírica, sin tener en cuenta varios factores que influyen de forma decisiva en la. Trabajo de Diploma. -4-.

(22) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. capacidad de carga del suelo y cuya seguridad respecto a la carga de rotura es muy alta, por lo que se supone un trabajo en la zona de comportamiento lineal del suelo. Con el tiempo este método fue desechado, ya que con el mismo no se puede medir de forma exacta cual es la seguridad que se introduce en el diseño, además en el término que representa la acción de las cargas no se toma en cuenta la seguridad, y el modelo que se asume para el diseño se aleja demasiado del comportamiento real,. por lo que con este procedimiento los diseños que se. obtienen distan mucho de ser óptimos y racionales, siendo esto una razón más para la búsqueda de métodos de diseño más efectivos y económicos. 1.1.2 Método del Factor de Seguridad Global. (MFSG) Posteriormente surge el Método del Factor de Seguridad Global, cuya ecuación es: [1.3] Siendo:  Y1: Función de las tensiones actuantes a partir de las cargas de servicio.  Y2: Función de las tensiones resistentes determinada con los valores medios de los materiales.  K: Factor de seguridad global. Para el caso específico de las cimentaciones la ecuación [1.3] toma la siguiente forma: [1.4] Dónde:  qact: Valor de tensión actuante a nivel de cimentación.  qbr: Capacidad de carga bruta del suelo con sus valores normativos.  q ’: Valor de la sobrecarga circundante a la cimentación.. Trabajo de Diploma. -5-.

(23) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. [1.5] (Ver explicaciones de cada parámetro de la expresión [1.5] en el epígrafe 1.4 del Anexo 1) En este modelo se parte de introducir un único coeficiente K que evalúa todas las inexactitudes cometidas en la obtención de los distintos parámetros que intervienen en el diseño, y que determina cuanto se aleja el diseño de la zona de falla (Ver Fig. 1.1). Los valores de este factor K que se utilizan comúnmente en Cuba oscilan entre 2.5 ~ 3.5, y van a estar determinados por la relación que existe entre Y1 y Y2, los cuales se encuentran en función de los valores característicos de las cargas y medios de la resistencia; pudiéndose señalar que en la mayoría de los casos el valor empleado en la práctica es de K = 3. En esta metodología se debe destacar que no se realiza ninguna comprobación, en cuanto al estado tensional de la base de la cimentación , ya que se toma como hipótesis que al aplicar un factor de seguridad global lo suficientemente grande, como 3, se garantiza que el estado tensional que se genera en la base es tal, que puede considerarse la misma como un medio linealmente deformable, y por tanto serán válidas las teorías clásicas que se emplean en la mayoría de los casos para el cálculo de los asentamientos.. Figura 1.1-Modelo empleado en Método del Factor de Seguridad Global.. Trabajo de Diploma. -6-.

(24) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Lo expuesto anteriormente es algo que se aplicó en la práctica sin ningún tipo de complicación, en Cuba, por largo tiempo; por lo que al parecer, con el empleo de estos coeficientes se garantiza el trabajo de la base en la zona de linealidad entre las deformaciones y las tensiones. Ahora,. lo que realmente era necesario. cuestionarse, si es racional obligar a la base de la cimentación a trabajar sin sobrepasar los límites de la zona de linealidad tanto para el criterio de deformación, como para el de estabilidad; y el tiempo demostró que este método, similar al enunciado anteriormente, no era el más adecuado y racional para el diseño de las Cimentaciones Superficiales (Lima, 1986). 1.1.3 Métodos de los Estados Límites. (MEL) Como resultado de posteriores investigaciones surge como otro método de diseño, el de Los Estados Límites. En este método se establecen dos condiciones límites de diseño:  1er Estado Límite: Estado en que se diseña para lograr la resistencia y estabilidad de la estructura, con los valores de cálculo.  2. do. Estado Límite: Estado que garantiza el servicio y utilización de la. estructura, se chequean factores como la deformación y la fisuración de la misma para los valores reales de servicio. Los primeros trabajos sobre la aplicación de este método al diseño de las cimentaciones aparecen en la década de los 60, como resultado de investigaciones de varios científicos rusos como fueron D.E. Polshin, R.A. Tokar, V.V. Mixeev, R.A. Ushakalov (Quevedo, 1987). Donde primero aparece como metodología normada para el diseño de cimentaciones, es en la SNIP II A10 - 71, en el año 1972; surgiendo definitivamente en 1974 la norma para la proyección de las bases de las construcciones, donde se regulan todas las peculiaridades del método aplicado a dicho fin. El método de los estados límites aplicado al cálculo de la base de las cimentaciones se fundamenta en la obtención de un diseño donde las cargas y las tensiones a las que está sometida la base, así como las deformaciones y. Trabajo de Diploma. -7-.

(25) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. desplazamientos que en ella se originan, en el período de construcción como durante su vida útil, estén cerca de los límites permisibles para cada caso y nunca sobrepasen ninguno de ellos. (Quevedo, 1987, 1994;Becker ,1996; González, 1997; Caso, 1998) La ecuación que rige el diseño del 1er Estado Límite es: [1.6] Dónde:  Y1*: Función de las cargas actuantes con sus valores de cálculo  Y2*: Función de las cargas resistentes con su valor de cálculo para una probabilidad del 95 %. . : Coeficiente de seguridad adicional, que depende de las condiciones de trabajo generales de la obra y el tipo de fallo.. Para este Estado Límite se realiza el diseño como si fuera a ocurrir la falla y se garantiza su no existencia con la introducción de los coeficientes de seguridad. A diferencia del método del factor de seguridad global, en el diseño por estados límites se introducen varios coeficientes de seguridad, con lo que se mide de forma más racional la precisión de cada estimación. En este caso se considerará como suficiente, para las condiciones de Cuba, tomar tres grupos de coeficientes de seguridad. Ellos se subdividen en coeficientes de seguridad de las cargas actuantes, de la resistencia del material y de las condiciones de trabajo general de la obra. En este método se le da respaldo matemático y estadístico a los coeficientes de seguridad, pero esto se hace de forma independiente, sin tener en cuenta la interacción entre las cargas y los materiales resistentes. Es decir ambos términos se analizan teniendo en cuenta la distribución normal, analizada para muestras pequeñas según la t de Student (Ver Fig. 1.2).. Trabajo de Diploma. -8-.

(26) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Figura. 1.2-Distribución estadística de la función Y1. Para evaluar el valor real del coeficiente de seguridad que se introduce en el diseño, se puede analizar la ecuación [1.6] de la siguiente forma:. [1.7] Dónde:  Y1: Función de las cargas actuantes.  Y2: Función de las cargas resistentes. . : Coeficiente que toma en cuenta la seguridad introducida en el diseño debido a la acción de las cargas actuantes, entre las medias y las de cálculo.. . : Coeficiente que evalúa la seguridad en el diseño debido a las características resistentes de los materiales.. Posibilitándose definir un Kdiseño como: [1.8] Este valor es el que garantiza la no ocurrencia de la falla y permite evaluar la seguridad general que se introduce en el diseño. La ecuación del 2do Estado Limite es similar:. Trabajo de Diploma. -9-.

(27) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. [1.9] Dónde:  Y1: Función de las deformaciones que se producen en la estructura.  Y2 Limite: Función de las deformaciones límites permisibles en la obra. En este 2do Estado Límite, al analizar el comportamiento del suelo, se debe chequear la tensión límite de linealidad, de forma tal que se verifique el comportamiento lineal del mismo, según la siguiente ecuación: [1.10]  P’: Tensión bruta del suelo.  R: Presión Límite de Linealidad del suelo. Garantizando que se satisfaga el cumplimiento de esta condición, se pueden calcular las deformaciones que sufre la estructura por métodos lineales, los cuales son los más empleados en la actualidad para este fin. Además según se estable en la Norma Cubana, siempre que el parámetro deformacional que caracteriza el suelo sea el Módulo General de Deformación de la base Eo, es necesario chequear el comportamiento lineal del mismo, y esto ocurre en la práctica en la mayoría de los diseños que se realizan sobre arenas, por lo que esta condición debe ser verificada en la generalidad de los casos. De lo contrario será necesario pasar a valorar métodos para el cálculo de asentamientos que toman en cuenta el posible comportamiento no lineal del suelo, que en general, son de carácter más complejo. 1.2. CAPACIDAD DE CARGA. (Quevedo, 1989). 1.2.1 Análisis del comportamiento tenso-deformacional del suelo. La capacidad de carga o resistente del suelo puede definirse como la capacidad que tiene el suelo para soportar tensiones producidas por carga impuesta sin que se produzca la falla general por esfuerzo cortante o pérdida de estabilidad.. Trabajo de Diploma. -10-.

(28) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Dicha capacidad de carga varía fundamentalmente con la resistencia en particular de cada tipo de suelo y con la magnitud y distribución de las cargas actuantes sobre la cimentación. Antes de pasar a un análisis detallado de la capacidad de carga del suelo, se hace un análisis de la curva tensión - deformación del suelo, en la misma se hace de gran importancia conocer el significado de tres valores de tensiones en el suelo que representan puntos de fronteras en el mismo (Ver Fig. 1.3).. Figura 1.3-Comportamiento tenso-deformacional del suelo. Los valores de tensiones representados en la Fig.1.3 son:  La tensión estructural elástica (estructural.): se puede definir como la frontera entre la zona de comportamiento elástico y la zona de comportamiento Linealmente deformable de la base de la cimentación; entendiéndose por comportamiento elástico aquel en que al descargarse la base, esta recupera totalmente su forma anterior, además de la inherente proporcionalidad tensión-deformación de esta zona. La tensión estructural corresponde con el valor de la presión destructora de los enlaces estructurales que existen entre las partículas de suelo, a partir de la cual se desarrolla una consolidación intensa. La estimación de este valor. Trabajo de Diploma. -11-.

(29) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. puede ser de gran importancia en la práctica, ya que el mismo brinda información sobre las características de los asientos que se desarrollarán debajo de las estructuras; para altas resistencias de los enlaces estructurales, la consolidación ocurrirá debido a la compresión elástica, lo cual dará como resultado que el suelo se recupere prácticamente completo cuando se descargue, evidenciando esto un comportamiento elástico del mismo.  La tensión límite de linealidad (R): es la frontera entre el comportamiento tenso deformacional lineal del suelo y el comportamiento elasto-plástico del mismo. Entiéndase como un comportamiento lineal del suelo, aquel en que se mantiene una cierta proporcionalidad entre la tensión aplicada y la deformación producida, pero no existe una recuperación total de la forma inicial del suelo al ser retirada la carga, siempre va a existir una deformación remanente en el mismo. Para cualquier punto sometido a un esfuerzo inferior que el valor de R, el suelo mantendrá un comportamiento linealmente deformable y en ningún punto del mismo la zona se encontrará en inminente falla.  La tensión bruta de rotura resistente por estabilidad (qbr): valor de tensión para la cual el suelo se encuentra en inminente falla. 1.2.2 Método de Brinch-Hansen. Existen muchos métodos para determinar la capacidad de carga de un suelo, como los propuestos por Brinch Hansen, Meyerhof, y Terzaghi. En la actualidad, en Cuba, la norma de Diseño Geotécnico de Ccimentaciones Superficiales establece el método de Brinch – Hansen (Basan, 1979; Nbaziira, 1987; Quevedo, 1994), como metodología de cálculo de la capacidad de carga (qbr*) de un suelo. La ecuación general de cálculo, según este método se expresa de la siguiente forma: [1.11] (Ver explicaciones de cada parámetro en la expresión [1.11] en el epígrafe 1.4 del Anexo 1). Trabajo de Diploma. -12-.

(30) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Factores de influencia: Estos coeficientes se introducen, debido a que las condiciones de trabajo de la base de una cimentación real determinada que consideran:  Una cimentación rígida.  Un ancho b determinado.  Una longitud infinita.  Carga vertical centrada.  Medio continuo, semi–infinito, homogéneo, isótropo y rígido plástico perfecto. Debido a ello se hace necesario evaluar las condiciones reales en que se ha desplantado la cimentación y corregir los valores de capacidad de carga, acercándolos lo máximo posible a la realidad, y para eso es que se introducen los factores de influencia:  S, Sq, Sc: Factores de corrección debido al efecto de la forma del cimiento. Como la cimentación tiene una longitud limitada y no finita como se ha supuesto, se emplean estos factores que dependen de las dimensiones del cimiento.  i, iq, ic: Factores de corrección por la inclinación de la carga actuante. Si la resultante de las cargas actuantes no es vertical, la forma de la distribución del esfuerzo cortante se altera, disminuyendo la resistencia al esfuerzo lateral en la zona circundante.  d, dc, dq: Factores de corrección por la profundidad de cimentación dentro del estrato resistente. Estos factores toman en cuenta la profundidad de entrada del cimiento en el estrato resistente, ya que a mayor profundidad, mayor capacidad resistente de la base.  g, gc, gq: Factores de corrección debido a la inclinación del terreno. Si el terreno donde se ubicará la cimentación no es horizontal la capacidad de carga de la misma. Los parámetros en la ecuación [1.11] se determinarán en el capítulo 2 del mismo trabajo.. Trabajo de Diploma. -13-.

(31) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Los parámetros que intervienen en el cálculo de qbr* están representados en la Fig. 1.4.. Figura 1.4-Cargas en cimentaciones superficiales. 1.3. CALCULO DE DEFORMACIONES. En el Diseño Geotécnico de una Cimentación Superficial implica gran. importancia el criterio de deformación, el cual puede definir el fallo de la cimentación aún sin haberse agotado al máximo la capacidad portante del terreno. Es por ello que durante varios años se ha venido estudiando el proceso de transmisión de presiones al terreno y su distribución en la masa de suelo así como las deformaciones que estas originan en el mismo, tema este bastante complejo, motivo de numerosas investigaciones y que ha sido tratado en reiteradas ocasiones por diferentes autores. De manera general, las deformaciones del suelo pueden clasificarse en dos tipos (Sowers, 1977):  Deformaciones volumétricas: Debidas a la acción de esfuerzos normales y cortantes, también llamadas asentamientos por consolidación o por compresión, donde cambia la relación de vacíos del suelo o roca como consecuencia de la expulsión de parte del agua contenida en los poros del suelo.. Trabajo de Diploma. -14-.

(32) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1.  Distorsiones: Se producen por el cambio de forma de la masa de suelo, más bien que por cambios en la relación de vacíos, debidos fundamentalmente a la acción de esfuerzos tangenciales, se conoce también como asentamiento inmediato, ya que tiene lugar durante la aplicación de la carga, como resultado de la deformación elástica del suelo, sin variación alguna en el contenido de agua. Los dos tipos de deformaciones están representados en la Fig. 1.5.. Figura.1.5-Desplazamiento de un Cimiento Superficial. Definiendo el concepto de asentamiento podemos decir que generalmente se entiende por el desplazamiento vertical de un terreno al ser cargado y por consiguiente de la estructura o parte de la misma, que sobre él se encuentre. Si todos los puntos de una estructura se asientan la misma magnitud se dice que el asiento es uniforme (no se producen grietas, ni distorsiones, pero varia la posición en altura). Si los asientos de los diversos elementos de la cimentación son diferentes, se habla de asientos diferenciales no uniformes (según su magnitud y tipo se pueden producir grietas o distorsiones perjudiciales para la estabilidad de la estructura). Al realizar el dimensionamiento de la base de una cimentación siempre debe cumplirse la siguiente condición, con el fin de garantizar la seguridad de la estructura (Quevedo 1994): [1.12]. Trabajo de Diploma. -15-.

(33) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Dónde:  Sc: Es la deformación o asentamiento calculado.  SL: Deformación límite permisible según el tipo de deformación. Las deformaciones o desplazamientos que deben cumplir esta condición en función del tipo de obra, son los siguientes:  S: Asiento absoluto de la base del cimiento.  ̅ : Asiento absoluto medio de la base de los cimientos.  tan: Distorsión angular.  tan: Inclinación de la base del cimiento u objeto de obra (giro). _. El asiento absoluto medio ( S ) se calcula mediante la expresión siguiente (Ver Fig. 1.6):. ̅. ∑ ∑. [1.13]. Dónde:  n: Cantidad total de cimientos del objeto de obra.  Ai: Área de la base del cimiento i.  Si: Asiento absoluto del cimiento i, el cual se determina mediante cualquiera de los métodos para calcular deformaciones que se exponen más adelante. En el capítulo 2 se tratará su cálculo, específicamente mediante el método de Sumatoria de Capas. La distorsión angular se determina mediante la expresión siguiente: [1.14] Dónde:. Trabajo de Diploma. -16-.

(34) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1.  s : Asiento diferencial entre dos cimientos aislados contiguos, diferencia de desplazamiento vertical (flecha) en un tramo de un cimiento corrido.  Lc: Distancia entre dos cimientos aislados o distancia entre los puntos donde se mide la diferencia de flecha en un cimiento corrido o balsa. La inclinación de la base del cimiento y objeto de obra conocido además como giro (tan), es peligrosa en estructuras como tanques elevados, torres, etc. Generalmente surge bajo el efecto del viento.. Figura.1.6-Calculo del asiento absoluto medio. Métodos para determinar deformaciones (De Armas Gomez, 1986), La deformación del suelo depende de las características del mismo y el método que sea utilizado.. De forma general los métodos para determinar. deformaciones del suelo se pueden agrupar en dos grupos: métodos lineales y métodos no lineales. 1.3.1 Métodos lineales. Los métodos lineales para el cálculo de las deformaciones son aquellos que suponen un comportamiento tenso-deformacional lineal del suelo, conociéndose el módulo de deformación general (E0). Dichos métodos están basados en la teoría. Trabajo de Diploma. -17-.

(35) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. lineal de elasticidad (Rico, 1970) que supone el suelo como un material continuo, linealmente elástico (obedece a la ley de Hooke) homogéneo e isótropo, además no se toma en cuenta el factor tiempo. Este conjunto de hipótesis no se satisface como es lógico en suelos reales es por ello que los resultados obtenidos difieren de los observados en la realidad, sin embargo en muchos casos prácticos, la distribución de esfuerzos que se obtienen mediante la Teoría Lineal de Elasticidad han resultado satisfactorios en confrontaciones con el experimento. Para la utilización de estos métodos lineales es necesario garantizar el comportamiento lineal del suelo, y es por eso que antes de calcular los asentamientos de las cimentaciones hay que comprobar la condición Límite de Linealidad. 1.3.1.1. Presión Límite de Linealidad.. Cuando las características deformacionales de al menos un estrato del suelo en cual se diseña la cimentación han sido expresadas a través del módulo de deformación general (E0), se estará planteando un comportamiento tensodeformacional lineal del mismo y por tanto hay que chequear dicho planteamiento. Por consiguiente es necesario limitar el estado tensional en el suelo hasta una zona donde se pueda considerar la linealidad entre las tensiones y las deformaciones para garantizar un comportamiento tenso-deformacional lineal del mismo, debiéndose cumplir la siguiente condición: [1.15] Dónde:  P: Tensión bruta actuante en la base del cimiento.  R´: Representa la presión límite de linealidad del suelo.. Trabajo de Diploma. -18-.

(36) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. En este caso, intervienen también, los factores de influencia debido al peso del suelo, la cohesión y la sobrecarga, y que en esta ecuación se conocen como: o M, Mc, Mq: coeficientes adimensionales que dependen del ángulo de fricción interna del terreno que yace bajo la solera de la cimentación. A continuación se expondrán brevemente las principales características de los métodos lineales más conocidos. 1.3.1.2. Método de sumatoria de capas.. Este método es uno de los más usados y generales que existen en el cálculo de asentamientos, además es el que establece la Norma Cubana de cimentaciones (Quevedo 1994). El mismo permite tomar en cuenta varios aspectos como son, las características particulares de la base de cimentación y la heterogeneidad de la estructura. En esencia, el método consiste en subdividir la base de cimentación en varias capas, y calcular para cada una de ellas el asiento que se genera debido a la combinación de las cargas actuantes. El asiento total de la base se calculara por la adición de los descensos producidos en cada una de las capas. Para determinar los asentamientos mediante este método hay que conocer la magnitud de las cargas actuantes, las particularidades técnico-geológicas de la base, la profundidad de desplante de la cimentación así como su tipo, forma y dimensiones. 1.3.1.3. Método de la capa equivalente.. Es una de las formas técnicas más simples de calcular, los asientos de una estructura (Abalos 1978), los cuales se determinan mediante las verticales que pasan a través de cualquier punto de la solera del cimiento, así como los que se encuentran fuera del área cargada. Según N.A. Tsitovish (Tsitovish, 1983), se denomina capa equivalente del terreno, a aquella cuyo asiento, con una carga continúa es exactamente igual al de. Trabajo de Diploma. -19-.

(37) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. una cimentación en un potente macizo del terreno (semi-espacio) (De Armas Gomez, 1986). Este método se fundamenta en la teoría del medio linealmente deformable y se puede aplicar tanto a suelos homogéneos como estratificados. Para su empleo el cálculo de los asientos en condiciones de un problema plano-volumétrico, se reduce a la determinación del asiento para el caso de un problema unidimensional. 1.3.1.4. Método de la potencia limitada.. En este método (Tsitovish, 1983) se considera una capa de suelo deformable bajo la acción de una carga, limitada a cierta profundidad H, por una capa de suelo incompresible, debido a ello se aplica principalmente a estratificaciones de suelos donde la potencia activa de la cimentación se encuentra limitada por un estrato rocoso. El suelo se considera como un cuerpo elástico linealmente deformables y se utilizan todas las componentes de las tensiones para la estimación de los asientos, los cuales se consideraran iguales, a la magnitud media del asentamiento de la superficie del suelo bajo la acción de una carga uniformemente distribuida. 1.3.1.5. Método de Skempton-Bjerrum.. El método tiene en cuenta el denominado asiento por consolidación y elimina algunas imprecisiones del ensayo edométrico propuesto por Terzaghi en 1923 cuando postuló la teoría de la consolidación, constituyendo un gran paso de avance en el cálculo de los asentamientos ya que el asentamiento por consolidación es un factor poco atendido en el método tradicional de Terzaghi (Terzaghi, 1955). Pese a que el método tradicional no presta gran atención a estos asentamientos, es imprescindible tenerlos en cuenta al introducir métodos más racionales, que consideren las fases del asiento según su causa u origen, ya que así se podrá tener una idea más completa de la deformación real que sufrirá el suelo bajo la acción de un sistema de cargas. Todos los métodos anteriormente expuestos presuponen el cumplimiento de la condición [1.15] de linealidad ya vista.. Trabajo de Diploma. -20-.

(38) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. 1.3.2 Métodos no lineales. Uno de los métodos no lineales utilizados para el cálculo de asentamientos, es el propuesto por Malishen (González-Cueto Vila, 1997). Se recomienda que si al calcular los asentamientos lineales de una cimentación, se comprueba que estos son menores que el 40 % del asentamiento admisible, entonces debe considerarse un incremento del 20 % en la tensión límite de la linealidad del suelo y recalcular las dimensiones de la base. Malishen propone además, determinar los asientos que se producirán en la base teniendo en cuenta un comportamiento no lineal del suelo. El método propone calcular los asentamientos lineales que se producen en la base para la tensión límite de la linealidad del suelo o para 1,2R (esto queda por definirse), considerando entonces que partir de ese punto el suelo se va a comportar como un medio no lineal, donde se determinaran los asentamientos para cualquier valor de P actuante superior a la tensión de linealidad establecida. El asentamiento final de la base, se calculará entonces como la suma de los asentamientos lineales más los no lineales. 1.3.3 Factores que intervienen en el cálculo de los asentamientos. Para el cálculo de los asentamientos, ya sea por Métodos Lineales o No Lineales, intervienen elementos comunes; entre los que se encuentran:  Distribución de tensiones. (Por carga impuesta y por peso propio)  Potencia activa de trabajo. A continuación se analizarán algunos de estos factores. 1.3.3.1. Tensión de contacto (Lozano, 1967; Sowers, 1977).. La primera condición al calcular la magnitud de los asentamientos es la distribución de presiones bajo el área cargada (presión de contacto). Esta depende de la distribución de cargas en la cimentación, de la rigidez del cimiento y de la naturaleza del suelo. La tensión de contacto es la presión que actúa entre la superficie inferior de la cimentación y el suelo, determina la distribución del momento flexionante y de la. Trabajo de Diploma. -21-.

(39) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. fuerza cortante. La distribución de la presión de contacto bajo una cimentación real es una materia muy compleja, puesto que además de los efectos elásticos habrá también efectos de consolidación, variación en el terreno y posible flujo plástico. 1.3.3.2. Incremento de presiones verticales por carga impuesta en la masa de suelo (´zp).. Un elemento importante para realizar el cálculo de las deformaciones de una cimentación es la determinación del incremento de presiones verticales por carga impuesta en el suelo. El valor de las ´zp depende de la magnitud de la carga, punto debajo del cual se determinan las tensiones, profundidad del punto analizado, dimensiones y forma de la cimentación. Se calculan mediante la siguiente expresión: [1.16] Dónde:  p’: Presión neta actuante en la base de la cimentación.  Jz: Coeficiente de influencia, que se tratará más adelante. Las tensiones producidas por la estructura disminuyen al aumentar la profundidad y son máximas bajo el centro de la superficie cargada. La zona afectada por la carga de la estructura aumenta con el ancho de la cimentación para una misma presión sobre el terreno:. Trabajo de Diploma. -22-.

(40) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Figura. 1.7-Variación de las tensiones por carga impuesta. 1.3.3.3. Factor de influencia Jz. Jz es el coeficiente influencia que depende del punto debajo del cual se determina la ´zp (Centro, esquina o punto característico del cimiento), de las dimensiones del cimiento (l, b o D0) y de la profundidad analizada (z). Es recomendable que el análisis del coeficiente Jz se realice debajo de un punto característico de la cimentación (Ver Fig. 1.8), ya que las tensiones que aquí se generan son independientes de la rigidez del cimiento, por lo que no es necesario que el proyectista se vea necesitado de valorar si el cimiento es rígido o flexible. Punto característico: Es aquel cuyo asiento en el caso de cimentaciones completamente flexibles coincide con el valor del asiento uniforme de una cimentación rígida.. Trabajo de Diploma. -23-.

(41) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. a) Cimiento rectangular. b) Cimiento circular. Figura.1.8-Posición de los puntos característicos. 1.3.3.4. Potencia activa.. Se considera como potencia activa (Ha) al espesor de suelo por debajo del nivel de solera que al ser comprimido por las presiones que el cimiento transmite se generan deformaciones o desplazamientos apreciables desde el punto de vista práctico en las bases de los cimientos. (Ver Fig. 1.9) Se tomara como potencia activa a la profundidad z por debajo del nivel de cimentación donde se cumpla la siguiente condición: [1.17] Dónde:  ’zp: Tensión por carga impuesta en el punto analizado.  ’zg: Tensión por peso propio en el punto analizado. o Si en el límite hallado por el criterio anterior existen suelos muy compresibles (E05000 kPa) se tomara como Ha aquella profundidad donde se cumpla que: [1.18]. Trabajo de Diploma. -24-.

(42) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. o Si a una profundidad inferior a la determinada por algunos de los criterios anteriores, existiera un suelo poco compresible (rocas o semirocas) con E0100.000 kPa, se tomará esta profundidad como Ha.. Figura 1.9-Distribución de tensiones que definen la potencia activa.. Trabajo de Diploma. -25-.

(43) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. 1.4. APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN. En este manual se utilizarán las Hojas de Cálculo de Mathcad y el sistema. DGCim como. los programas de computación para el Diseño Geotécnico de. Cimentaciones Superficiales.. Figura 1.10-Una Hoja de Cálculo de Mathcad 14.  Mathcad: Las hojas de Mathcad (Ver Fig. 1.10) permiten el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales mediante el método de los Estados Limites y Coeficientes de seguridad en los diferentes tipos de suelos.. Trabajo de Diploma. -26-.

(44) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. Figura 1.11-Sistema DGCim.  DGCim: El sistema DGCim (Ver Fig. 1.11) permite el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales mediante el Método de los Estados Límites y Coeficientes de Seguridad, teniendo en cuenta la acción de momentos flectores y/o fuerzas horizontales en dos planos. En el mismo se incluye el diseño de cimentaciones aisladas (rectangulares y circulares) y corridas bajo muro, posibilitando la acción de varias combinaciones de cargas sobre los mismos y realizando el diseño para aquella que resulte más crítica según los diferentes Estados Límites de diseño (Estabilidad y Deformación). Los detalles de estos programas se expondrán más adelante en el Capítulo 2 del mismo trabajo. 1.5. CARACTERÍSTICAS DEL MANUAL DEL PROYECTISTA.  El manual utilizara el método de los Estados Limites como método de diseño. En el diseño por el primero Estado Limite se trabajara con los siguientes aspectos: La capacidad de carga, el vuelco y el deslizamiento, estos. aspectos. tendrán. que. cumplir. determinadas. condiciones. establecidas. En el diseño por el segundo Estado Limite se chequeara el. Trabajo de Diploma. -27-.

(45) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 1. cumplimiento de: Asentamientos absolutos, asentamientos relativos y vuelco.  Este manual actualizará los nuevos aspectos que se plantean en la Norma Cubana actual de Diseño de Cimentaciones Superficiales tales como: sistema de coeficientes de seguridad, el sistema de coeficientes de las características físico mecánicas del suelo, cálculo de deformación (este aspecto no se exponía en la vieja Norma cubana).  El manual utilizara las Hojas de Cálculo de Mathcad y el Sistema DGCim como programas de computación para el diseño geotécnico. 1.6. CONCLUSIONES PARCIALES.  Según su orden de aparición los métodos de diseño son el Método de los Esfuerzos Admisibles (MEA), el Método del Factor de Seguridad Global (MFSG) y el Método de los Estados Límites (MEL). Dentro de estos métodos el MEL es el más utilizado internacionalmente por sus destacadas ventajas.  La Capacidad de Carga es uno de los muy importantes factores en el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales y se puede determinar por los métodos como Meyerhof, Terzaghi, Brinch-Hansen. En Cuba, en la actualidad se utiliza el método de Brinch-Hansen.  Se pueden utilizar los Métodos Lineales y No lineales para determinar asentamientos tanto absolutos como relativos, en estos métodos intervienen los factores comunes como: tensión de contacto, incremento de presiones verticales por cargas impuestas en la masa del suelo, potencia activa, factor de influencia.  Los programas de computación Mathcad y DGCim permiten el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales mediante el Método de los Estados Límites y Coeficientes de seguridad.. Trabajo de Diploma. -28-.

(46) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales………………………….….Capítulo 2. Trabajo de Diploma………………………………………………………………………………Curso: 2009-2010.

(47) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 2. Como se ha explicado en el capítulo 1, la nueva Norma Cubana para el Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales establece una metodología de diseño basada en el Método de los Estados Límites. En este Capítulo se analizarán Inicialmente los aspectos que se debe tener en cuenta al diseñar un cimiento superficial. 2.1. ASPECTOS INGENIERO-GEOLÓGICOS. RECOMENDACIONES.. 2.1.1. Las investigaciones geotécnicas se han de programar en función de:. 1) Etapa de proyecto:  Estudio técnico-económico.  Proyecto técnico.  Proyecto ejecutivo. 2) Tipo de obra.  Obras industriales.  Obras portuarias.  Edificaciones (viviendas, sociales, agropecuarias).  Obras hidráulicas (embalses, obras lineales). 3) Importancia de la obra. 4) Condiciones de trabajo de la base de las cimentaciones. Se hace necesario cuando se solicita ejecutar o proyectar una investigación geotécnica tomar en consideración la clasificación señalada anteriormente debido a que los objetivos, tipos y volúmenes de trabajo y costo serán diferentes según el caso que se tenga. 2.1.2. Resultados de las investigaciones ingeniero-geológicas.  Los elementos litológicos existentes, sus condiciones de yacencia, plegamientos, fallas, profundidad y potencia de los estratos, es decir, perfil ingeniero-geológico.  Agrietamiento y grado de descomposición de las rocas.  Profundidad. de. las. aguas. subterráneas. indicando. su. variación,. composición química y agresividad frente al hormigón y al acero.  Grado sísmico del área.. Trabajo de Diploma. -29-.

(48) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 2.  Desarrollo y extensión de los fenómenos cársicos, deslizamientos y empantanamiento con condiciones desfavorables para cimentar.  Propiedades físico-mecánicas medias de todos los estratos, y los resultados estadísticos del estudio de laboratorio obtenidos, en caso de haberse realizado este.  Tablas resúmenes de las propiedades físico-mecánicas de los diferentes estratos, de las observaciones y trabajos hidrogeológicos, del tratamiento estadístico de las propiedades físico-mecánicas de los suelos y rocas, de los resultados de ensayos de campo y laboratorios, tablas y gráficos de los trabajos geofísicos, columnas litológicas.  Condiciones de trabajo de la base de la cimentación de acuerdo a la clasificación establecida.  Además se darán recomendaciones sobre las posibles soluciones de la cimentación, profundidad de cimentación u otro aspecto que se considere importante.  Las. metodologías de las investigaciones ingeniero-geológicas se. realizarán según se establece en las Normas Cubanas.  En el informe ingeniero-geológico para la realización de diseños definitivos de cimentaciones solo se permitirá dar como resultado el valor de la llamada resistencia de suelo (Rs’) para el caso de cimentaciones apoyadas en bases con condiciones de trabajo favorables y fallo leve. 2.2. PARÁMETROS FÍSICO-MECÁNICOS DE LOS SUELOS Y ROCAS. RECOMENDACIONES. Para el 1er Estado Límite. La capacidad resistente de la base de una cimentación está en función de las. características físico-mecánicas de cálculo del suelo que se determinan para una probabilidad de diseño de: . Para obras donde el fallo se clasifiquen como: muy grave, grave o leve.. . Trabajo de Diploma. Para obras de categoría especial. -30-.

(49) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 2. Dichas características físico-mecánicas de cálculo se determinan a partir de: [. ]. [. ]. (. ) [. ]. Dónde: . Son los valores medios normativos de las características físico mecánicas del suelo.. Los valores de. para una probabilidad del 95% son obtenidos del. análisis estadístico y podrán ser utilizados siempre que no sobrepasen los valores que aparecen en la Tabla 2.1 y 2.2 del Anexo 2. En caso de que esto ocurra se utilizarán los valores de dicha tabla. En obras de categoría especial. se tomarán siempre los valores de. gc y gtan obtenidos del análisis estadístico. La obtención de estos coeficientes de seguridad, que se muestran en la Tabla 2.1 y 2.2 del Anexo 2, se realizó a partir de la aplicación de la Teoría de Seguridad al diseño de las cimentaciones por Estados Límites, teniendo en cuenta las particularidades de esto para suelos cohesivos y puramente friccionales, cada análisis por separado. En la referencia [28] pueden obtenerse más detalles de este procedimiento. Si los valores normativos de las características físico-mecánicas del suelo son obtenidas de tablas, o no es posible realizar el análisis estadístico, entonces se tomarán para una probabilidad de diseño de =95% los valores de g, gc y gtan que aparecen en la Tabla 2.3, Anexo 2. Para el 2do Estado Límite. Las características física-mecánicas del suelo se determinan para una probabilidad de 85% (=85%), en el caso que no es posible realizar el análisis estadístico se obtendrán los valores de g, gc y gtan en la Tabla 2.6 del Anexo 2 y que gc y gtan no sobrepasen los valores que aparecen en las Tabla 2.4 y 2.5 del mismo Anexo.. Trabajo de Diploma. -31-.

(50) Manual de Diseño Geotécnico de Cimentaciones Superficiales……………………………..Capítulo 2. Ejemplo 2.1: Determine los parámetros físico-mecánicos de cálculo del siguiente suelo para el diseño geométrico por los 2 Estados Limites. Angulo de Fricción Interna del suelo: Cohesión:. =35o.. C=10 kPa.. Peso específico del suelo por encima del nivel de cimentación: 1=18 kN/m3. Peso específico del suelo por debajo del nivel de solera o cimentación: 2=19.5 kN/m3. Solución: a) Para el 1er Estado Limite: En este Estado se determinan los parámetros físico-mecánicos de cálculo del suelo para una probabilidad de 95%, según la Tabla 2.3 del Anexo 2 para suelos >30o:. b) Para el 2er Estado Limite: En este Estado se determinan los parámetros físico-mecánicos de cálculo del suelo para una probabilidad de 85%, según la Tabla 2.6 del Anexo 2 para >30o y C=10 kPa:. Conclusión: En este ejemplo se determinaron los parámetros físicomecánicos de cálculo del suelo para una probabilidad de =95% en el diseño por el. Trabajo de Diploma. -32-.