CURSO INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA. · PDF file24 de octubre de 2012 Texto: Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das. 35 CURSO INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA. interacción

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CURSO INTERACCIÓN SUELO-ESTRUCTURA. interacción estáticaDr. Emilio Sordo Zabay [email protected] Autónoma Metropolitana

24 de octubre de 2012

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Para deformarse, el agua intersticial debe ser desalojada Para deformarse, los “granos” deben deslizarse

FRICCIÓNADHESIÓN

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Donde hay mayor presión, se libera más agua y se tiene mayor deformación.

Donde hay mayor presión intergranular hay mayor oposición al deslizamiento

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En cimentaciones rígidas la presión de contacto aumenta en los bordes

En cimentaciones rígidas la presión de contacto es nula en los bordes

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PRESIÓN DE PORO

FLUJO DEL AGUA

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Una vez aplicada la sobrecarga, se producirá un asentamiento en dos etapas:

1. Asentamiento inmediato producido por la deformación de la masa dearcilla sin cambio de volumen (i.e., sin expulsión del agua de los poros).También se conoce como asentamiento elástico.

2. Asentamiento diferido resultado de la disminución del volumen de losporos, que puede tomar varios meses o años, dependiendo de diversosfactores (permeabilidad, compresibilidad, espesor del estrato y permeabilidadde los estratos adyacentes)

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Relaciones constitutivas elásticas:

xx xx yy zz

yy yy xx zz

zz zz yy xx

E

E

E

Para obtener el Módulo de Elasticidad del suelo, debemosreproducir en la cámara triaxial lo mejor posible las condiciones“in situ” :• Presión hidrostática inicial (correspondiente al estado

natural)• Se aplica un esfuerzo desviador (adicional) únicamente vertical,

hasta llevarlo a la falla.

Condiciones desviadoras:

00

∙ 0 Típicamente:

se utiliza entonces con Teoría de la Elasticidad para estimar los asentamientos elásticos

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1

Expresión Simplificada: U.S. Navy (1982), Soil Mechanics, Design Manual 7.1, Department of the Navy, NA VFAC

⁄ ∞

A1 A2 A3 Promedio

A1 A1

A2

A3 A3

1

11



⁄ ∞A2A1

A1 A1

A2

A3 A3

1

12



Módulo Edométrico

0110

2 1 12

H H V

H V VoH H V

V

V V H

E E

E

v

voE

Recordemos las relaciones constitutivas elásticas:

En condiciones “in situ”, podemos suponer que al incrementarse la presión vertical las deformaciones laterales son muy pequeñas en relación a la deformación vertical

xx xx yy zz

yy yy xx zz

zz zz yy xx

E

E

E

Un parámetro de interés es la relación directa entre el esfuerzo desviador vertical y la deformación también vertical. A este parámetro le llamaremos Módulo Edométrico

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Estrato

12345

Así, en suelos estratificados, se puede calcular la distribución vertical de presiones, y calcular las contribuciones al asentamiento de diversos subestratos en los que se conoce el módulo edométrico

oi

viiiii E

pHH vip

oi

viiiii E

pHH

De esta forma, es evidente la necesidad de calcular los incrementos de esfuerzo vertical debidos a la

sobrecarga generada por la cimentación

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bmtprom pppp 461

Presión promedio en un subestrato. DIFERENCIAS FINITAS

∆ ′

∆ ′

∆ ′

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4

Cimentación Rectangular Flexible

Aunque existen soluciones analíticas para obtenerlasdeformaciones de un semiespacio elástico, Las heterogeneidadesde las propiedades del suelo con la profundidad invalidan lasmismas. Sin embargo, aplicar una distribución de presionesbasada en suelo homogéneo a un suelo heterogéneo para obtenerlos asentamientos es una solución más razonable.

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⁄

17



(1)

(2)

(4)

(3)

(1)

(2)

(4)

(3)

18



(1)

(2)

(3)

(4)

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cuadrada corrida

¿Hasta qué profundidad?

0

1B

2B

3B

4B

5B

20



21



22



cuadrada

0.1

0.15

corrida

2

4

23



24



25



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CURVAS DE COMPRESIBILIDAD

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c

ccccsc

c

csc

cc

ppp

eHC

pp

eHCS

ppppp

eHCS

ppppp

0

000

0

00

00

log1

log1

1log1

idada)(Preconsol

00

0

1log1

a)consolidad te(Normalmen

pp

eHCS

pp

ccc

c

ENFOQUE UNIDIMENSIONAL DE TERZAGHI

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ENFOQUE UNIDIMENSIONAL DE TAMEZ

mr

Volumende cambio con Lineal nDeformació de Módulo1,

vrv m

E

0

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ASENTAMIENTOS DIFERIDOS EN ARCILLAS (DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA)Duración del proceso de Consolidación

0.16.0)1log(933.0647.36.00

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UUTUUT

v

v

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agua el recorre que verticaldistancia MáximaH

dadPermeabili

lidadCompresibi de oVolumétric eCoeficient

iónConsolidac de eCoeficient

iónConsolidac de Gradoen t final toAsentamien

t tiempoelen toAsentamien

Tiempo de aladimensionFactor 2

k

m

mkC

U

HtCT

v

wvv

vv


∆

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∆

Tipo de suelo k (cm/s)

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años)en(tiempo0.2log1.2 10

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Texto: Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das

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Comúnmente se utilizan para asegurar el correcto funcionamiento de las cargas de las columnas de colindancia

Zapata Combinada Rectangular

Zapata Combinada Trapecial

Zapatas Ligadas

Losa de Cimentación

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CIMENTACIÓN RÍGIDA CIMENTACIÓN FLEXIBLE

FACTORES DE RIGIDEZ

E’ = módulo de elasticidad del material estructuralEs = módulo de elasticidad del sueloB = ancho de la cimentaciónIb = momento de inercia de la estructura por unidad

de longitud perpendicular a B

0.5 0.5

Pequeños Asentamientos diferenciales Importantes

Importantes Elementos mecánicos Pequeños

ACI:

EN REALIDAD, ES CADA VEZ MENOS PERTINENTE UTILIZAR ESTE TIPO DE EXPRESIONES, DADA LA COMPLEJIDAD DEL PROBLEMA Y EL AVANCE EN SOFTWARE DE SIMULACIÓN

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1. Obtener el valor y ubicación de la resultante de las cargas 2. Obtener la presión bajo las columnas periféricas:

12⁄12⁄

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2

43



2

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5∗ Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

2

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∗

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5∗ Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

2

∗ ∗∗ ∗

∗∗

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5

∗∗

∗∗

cortante

cortante

Se realiza el diseño estructural de la losa

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Rígido Flexible

Rígida

Rígido Flexible

Flexible

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∙

∙

SOFTWARE ESTRUCTURAS

SOFTWARE GEOTECNIA

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ENFOQUE DE WINKLER

Método estático interactivo aproximado:

1º Obtener los asentamientos en diversos puntos, considerando una una idealización simplificada de la rigidez estructural y las cargas a soportar, y un modelado detallado del suelo

2º Relacionar los asentamientos obtenidos con las cargas utilizadas, para obtener coeficientes de balasto puntuales en tantos puntos como sea necesario.

aproximado

detallado

/3º Realizar un análisis estructural detallado, modelando al suelo con una cama de resortes utilizando los coeficientes obtenidos en el paso (2).

4º Comparar las reacciones obtenidas con las utilizadas en el paso (1). Repetir este de ser menester.

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ó óó

Resorte puntual

∙

Conviene dividir en zonas de coeficientes similares

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CIMENTACIONES CON PILOTES

Resortes puntuales.

Características obtenidas a partir de un análisis geotécnico detallado.

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Algunas Referencias:

• Design of Shallow Foundations, Samuel E. French, ASCE Press 1999

• Shallow Foundations, Braja M. Das, CRC Press 1999

• Foundation Design, Donald P. Coduto, 2nd Ed. Prentice Hall, 2001

• Foundation Engineering Handbook, Hsai-Yang Fang, 2nd Ed, Chapman & Hall

• MIT OpenCourseWare 4.401 Introduction to Building Technology Spring 2006

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