MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES - rua.ua.es · Fórmula de Brinch-Hansen Fórmula de Brinch-Hansen. Fonamentacions superficials sobre terreny heterogeni El coeficient de seguretat

MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES

Tema 16 – Fonamentacions superficials

Miguel Cano González

Dept. d'Enginyeria Civil‐ Àrea d'Enginyeria del Terreny

Índex (I) Introducció: definició i normativa Comprovacions que s’han de fer. Estats límits últims i estats

límit de serveiDefinició de les situacions de projecte: configuració

geomètrica, característiques geotècniques, accions,classificació de les situacions de projecte, fonamentaciórectangular equivalent, pressions verticals i pressions deserveiSeguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlculCàlcul de la càrrega d'enfonsament segons l'experiència

localPressió admissible en arenes segons assajos de campFonamentacions superficials en rocaCàlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos

de camp

Fonamentacions superficials

Índex (II) Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodes

analítics. Fórmula de Brinch-Hansen Fórmula de Brinch-Hansen. Fonamentacions superficials

sobre terreny heterogeni El coeficient de seguretat enfront de l'enfonsament Tipologia de moviments Estimació de moviments. Càlculs amb el model elàstic Estimació de moviments. Càlculs amb el model edomètric

(sòls argilencs): assentaments a llarg i curt termini. Temps de consolidació Estimació de moviments. Càlcul basat en assajos de camp

(sòls granulars) Moviments admissibles


Introducció: definició i normativaNormativa:

CTE – Codi tècnic en l'edificació (Rev. 2008) -EdificacióROM 0.5-05 – Recomanacions geotècniques per al projecte d'obres marítimes i portuàries (Rev. 2007) – PortsGCOC - Guia de fonamentacions en obres de carretera (3a ed. 2009) - Carreteres


Introducció: definició i normativaFonamentació superficial:

GCOC: D ≤ 2BROM: D < BCTE: El CTE parla de fonamentacions directes

Totes les normatives indiquen que si emprem les fórmules i elsprocediments proposats per a profunditats majors, aleshoresels càlculs poden resultar excessivament conservadors


D

B







Estats límitsLa comprovació de la seguretat de les fonamentacions es fa sobre la base del concepte d'estats límits.-Estats límits últims :

-Estabilitat global-Enfonsament-Lliscament-Bolcada-Soscavació del fonament-etc.


Estats límits-Estats límits de servei (d'utilització s/ ROM):

-Moviments excessius-Plastificacions localitzades -Vibracions excessives-etc.


Geometria

Pressió actuant


** LBVpvv

Plànol de suport

Accions i excentricitatsd’una fonamentació superficial

Punt de pas de la resultant

Punt de pas de la resultant

Ample equivalent: B*= B-2eB

Longitud equivalent: L*= L-2eL

Seguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlcul

1. Segons l’experiència local2. A partir d'assajos de camp3. A partir de mètodes analítics


Seguretat davant l'enfonsament. Mètodes de càlcul

La ROM indica el procediment més adequat per a verificar l'enfonsament en funció de la importància de l'obra i del tipus de sòl.

La resta de normes no diu res sobre aquest tema.


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons l'experiència local

Podem comprovar a fons una fonamentació basant-nos enl'experiència local. Compte!!!!Cal recopilar l'experiència corresponent i demostrar

fefaentment que tal experiència és similar al cas consideratLa recopilació d'experiències prèvies haurà d'incloure dades

d'identificació i estat del terreny, humitat natural, resistència,deformabilitat i permeabilitat conegudes, i també laconfiguració geomètrica dels materials amb la descripció dela distribució espacial i la posició del NFLa GCOC i la ROM limiten l'aplicació d'aquest mètode a

fonamentacions amb càrregues d’una inclinació inferior atg ≤ 0.2 (aprox. 11º) i 10% (aprox. 6º) respectivament


Pressió admissible en arenes segons assajos de campGCOC

N60 = valor de càlcul de l'índex SPTfB=factor de correcció per l'amplefD=factor de correcció per la profunditatfL=factor de correcció per la forma de la fonamentació


Pressió admissible en arenes segons assajos de campGCOCN60 = valor de càlcul de l'índex SPT. S'obté corregint l’SPT de camp (N<50):

Si hi ha dades de rendiment energètic:

On és el rendiment de l'equip de clavament (percentatge d'energiade percussió que es transmet al mostrejador).El valor de N60 s’ha de mitjanar per a una profunditat 1.5B* sota elplànol de suport.


Pressió admissible en arenes segons assajos de campROM-05

Per a <B 1.3 m

Per a B≥1.3 m

NOTA: D ≤ B* i B < 5 m

El valor de Ncorregit s’ha de mitjanar per a una profunditat 1.5B* sota el plànol de suport; B* és l'ample equivalent = B-2eB


Pressió admissible en arenes segons assajos de campROM-05 i GCOCCal fer correccions per la presència de nivell freàtic o gradients:

-Si el nivell freàtic (en repòs) està pròxim o per damunt del plànol de fonamentació Expressions anteriors-Si es preveu l'existència d'un flux vertical que genere un gradient iv Pv adm = β Pv adm = 1-(ivw/’) Pv adm = 1-(ivw/(sat-w)) Pv adm (β≤1 GCOC)-Si el nivell freàtic estiguera sempre a més profunditat del plànol de fonamentacióPv adm = Pv adm = (1+0.6(h/B*)) Pv adm .On h és la profunditat del nivell freàtic sota el plànol de fonamentació i ≤ 2 ROM o ≤ 1.8 GCOC.


Pressió admissible en arenes segons assajos de campCTEPv adm = 12NSPT(1+D/(3B*))(St/25) kN/m2 per a<B 1.2 m

Pv adm = 8NSPT(1+D/(3B*))((B*+0.3)/B*)2(St/25) kN/m2 per aB ≥1.2 m

St=Assentament admissible: normalment 25 mm (sabates)

NOTA: B < 5 m i (1+D/(3B*))≤1.3

El valor de Ncorregit s’ha de mitjanar per a una profunditat 0.5B* per damunt del plànol de suport i 2B* sota aquest plànol.


Fonamentacions superficials en roca

GCOC-Si qu<1Mpa o RQD<10% o Molt meteoritzada ≥ Grau IVCal treballar amb les fórmules corresponents a sòls -Si qu>1Mpa, RQD>10% i Poc meteoritzada < Grau IV


<5 Mpa


GCOC


1


GCOC


2

Grau de meteorització en la zona d'influència de la

sabata (1.5 B*)


GCOC


3

RQD i s en la zona d'influència de la sabata (1.5 B*)

N

B*1.5B*

s


CTE-Si qu<2.5Mpa o RQD<25% o Molt meteoritzada ≥ Grau IVCal treballar amb les fórmules corresponents a sòls-Si qu>2.5Mpa, RQD>25% i Poc meteoritzada < Grau IV


Fonamentacions superficials en rocaROM

-Si s<10 cm o RQD<10% o Molt meteortizada ≥ Grau IV Cal treballaramb les fórmules corresponents a sòls-Si s>10 cm, RQD>10% i Poc meteoritzada < Grau IV


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricGCOC


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricGCOC


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricROM


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricROM


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig pressiomètricCTE


No els preveu

Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaGCOCEn sòl granular

Si no hi ha correlacions locals:


En general

En sòl cohesiuCal calibrar Nk, calcular su i aplicar-hi fórmula Brinch-Hansen (mètode analític):

Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaGCOC


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaROMIndica que aquest assaig sol realitzar-se en sòls tous en elsquals no s'empren fonamentacions directes. No obstantaixò, proposa la formulació següent:


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaROM


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de penetració estàticaCTE

No els preveu


Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de placa de càrregaGCOC/ROMLes dues normatives preveuen aquesta metodologia.Afirmen que no és molt habitual.La recomanen especialment quan les dimensions de l'assaig de camp s'assemblen a les de la fonamentació real


Placa de 0.305 m2

Terzaghi i Peck

1. Per a S = 2.5 cm determinem S1 conegut l'ample de la fonamentació

2. De la corba pressió‐deformació interpolem el valor corresponent a S13. La pressió obtinguda és h

Càlcul de la càrrega d'enfonsament en funció d'altres assajos de camp. Assaig de placa de càrregaCTE

No els preveu


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEMorfologia teòrica del trencament


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTE

Morfologia teòrica del trencament


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenCTEFórmula de Brinch-Hansen


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenParàmetres de càlcul de curt termini

GCOC/ROM/CTE

Nq= 1Nc= π+2=5,14

Nγ= 0


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen (sense drenatge i amb drenatge)


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTEFórmula de Brinch-Hansen (3r terme)

Si hw> 1,5 B* γ= γapCondicions hidrostàtiques

(GCOC, ROM)

Flux ascendent

Curt termini Nγ= 0 γ irrellevant


′ ′∗

′

(CTE)′∗

′

Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenComparativa entre normatives (Per a Φ càlcul > 0)


GCOC CTE ROMNc

Nq

N (rugosa)

dc

dq

d



GCOC CTE ROMsc

sq

stctqt



GCOC CTE ROMiciqirc -rq -r -


q El terreny sobre el plànol de fonamentació col·laborafonamentalment i passivament amb el seu propi pes

Ha de garantir-se:• Permanència en el temps



Factors d El terreny sobre el plànol de fonamentaciócol·labora també amb la seua resistència al tall, augmentant lalongitud de la línia de trencament per a provocar l'enfonsament

Ha de garantir-se:• Permanència en el temps, no terrenys inclinats i no pròxims avores de talussos• Resistència semblant (paràmetres c, Φ) al terreny que hi hasota el plànol de fonamentació



Factors d

dq = dγ = 1


Per a Φ càlcul = 0

GCOC/ROM/CTE

Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROMFórmula de Brinch-Hansen

N Formulació per a fonamentacions convencionals, en lesquals es produeix una unió formigó-terreny que coarta lesdeformacions horitzontals.

En cas contrari N’ =0,5 N



Consideració de la inclinació de les càrregues (factors i)Reducció important de la capacitat portant del terreny.



Consideració de la inclinació de les càrregues (factors i)Per a Φ càlcul = 0


GCOC

GCOC/ROM/CTE

GCOC/ROM/CTE


Consideració de la forma de la fonamentació (factors s)

Per a fonamentacions corregudes (en faixa) sq = sc = sγ = 1


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC

Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús(factors t)


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenROM



Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM/CTE

Efecte de la proximitat de la fonamentació a un talús (factors t)

Angle Ψ Estimació una vegada conegut L, però L= L(Ψ) Càlcul iteratiu

GCOC/ROM Per a Ψ > 30º Càlcul de l'estabilitat global,independentment de la resistència del terreny

CTE Per a angles d'inclinació del terreny > Φ’/2 Estudi del'estabilitat global


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC



Per a Φ càlcul = 0

Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-Hansen GCOC/ROM

Efecte de la inclinació del plànol de suport (factors r)


Càlcul de la càrrega d'enfonsament segons mètodesanalítics. Fórmula de Brinch-HansenGCOC/ROM

Efecte de la inclinació del plànol de suport (factors r)

GCOC No s’ha d’utilitzar aquesta aproximació per ainclinacions del plànol de suport superiors a 3H:1VROM No s’ha utilitzar aquesta aproximació per ainclinacions del fonament superiors al 10%


Per a Φ càlcul = 0 (GCOC)

TERRENYS HETEROGENIS (GCOC)Si és possible el trencament teòric s'aplicarà la formulació de Brinch-Hansen considerant uns paràmetres equivalents:

On:


TERRENYS HETEROGENIS

La profunditat H estarà compresa entre B* i 3B*, i s’agafarà com a valor de càlcul aquella que proporcione el menor angle de fricció

Si les diferències entre l'angle de fricció dels estrats és major de 15º no s'aplicarà aquesta metodologia


TERRENYS HETEROGENIS (ROM)Si és possible el trencament teòric s’aplicarà la formulació de Brinch-

Hansen considerant uns paràmetres equivalents:

Això és vàlid quan: 2< 1


Comprovació a enfonsament

v

hv

v

hv

pp

FS ,, Pressió d'enfonsament

Pressió actuant


COEFICIENT DE SEGURETAT DE L'ENFONSAMENT (GCOC)

Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament es calcularà el factor de seguretat:

Que haurà de ser:


COEFICIENT DE SEGURETAT DAVANT L'ENFONSAMENT (ROM)

Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament, es calcularà el factor de seguretat:

Que haurà de ser:


COEFICIENT DE SEGURETAT DAVANT L'ENFONSAMENT (CTE)

Una vegada conegudes les pressions verticals que actuen sobre el terreny i la pressió d'enfonsament, es calcularà el factor de seguretat:

Resistència de càlcul del terreny

Compleix si: Pv < Rd


COMPROVACIONSLes comprovacions d'enfonsament es duran a terme per a situacions de

llarg i curt termini.

• CURT TERMINI. Els sòls saturats (o quasi saturats) i poc permeables (k < 10–4 cm/s com a referència aproximada) experimenten un creixement de les pressions intersticials en carregar-los. S'entén que una situació és de «curt termini» quan el sòl, prèviament carregat, no ha dissipat les pressions intersticials generades per les càrregues.Es considerarà:

– Ø = 0º– c = su (obtingut d’un assaig triaxial UU, Vane Test, etc.)– q = D1 + ’ D2 (pes efectiu de les terres en l’entorn de la fonamentació)


COMPROVACIONSLes comprovacions d'enfonsament es duran a terme per a situacions de

llarg i curt termini.

• LLARG TERMINI. Situació en la qual la pressions intersticials del terreny es troben en règim estacionari després d'haver dissipat els excessos de pressió induïts per modificacions tensionals prèvies.Aquesta comprovació s’ha de fer sempre.

– Ø = Ø’– c = c’ (obtingut d’un assaig triaxial CD, CU, tall directe )– q = = D1 + ’ D2 (pes efectiu de les terres al voltant de la fonamentació)


PRESSIÓ VERTICAL BRUTAPer a la comprovació d'enfonsament hem de tenir en compte la pressió vertical

bruta :

On V és la càrrega vertical de la resultant de les accions en la base del fonament, inclòs el pes de la fonamentació i de tot allò que gravite lliurement sobre aquest (aigua, terreny, etc.)


Assentaments

Stotal = Si + Sc + Ss

Càlcul d’assentaments de les fonamentacions

L’assentament total d'una fonamentació pot calcular‐se com:

Si: Assentament immediat, instantani o elàsticSc: Assentament de consolidació primàriaSs: Assentament de consolidació secundària, de reptació o creep o fluència.


AssentamentsStotal = Si + Sc + Ss

temps

temps

Càrrega

Pressió intersticial (Δu)

Assentament

Δu=0

Si

Sc

Ss


Assentament instantani, immediat o elàstic (Si):

• És un assentament elàstic.• En terrenys sorrencs compactes i rocosos la major part de l’assentament

correspon a aquest tipus.• En sòls saturats, s'assumeix que l’assentament es produeix sense canvi de

volum.• Té lloc de forma ràpida.

ASSENTAMENTS


Assentament de consolidació primària (Sc):

• Es produeix per drenatge gradual de l'aigua retinguda en els porus dels sòls i reducció dels buits.

• Genera una reducció gradual de la pressió intersticial generada per l'aplicació de la sobrecàrrega.

• La velocitat de consolidació depèn de la permeabilitat de sòl.

ASSENTAMENTS

• Finalitza quan l'excés de pressió intersticial (Δu) torna a ser nul∙la.

• El procés pot durar des de segons o minuts fins a segles.


Assentament de consolidació secundària (Ss):

• També anomenat de reptació, fluència lenta o creep.• Es produeix en alguns terrenys a pressió efectiva constant.• Es produeix per fluència viscosa entre partícules, reorientació i

trencament de grans de sòl.• Gran importància en sòls amb alts continguts en matèria orgànica.

ASSENTAMENTS


Altres tipus d’assentaments - Causes

• Els assentaments no només es deuen a la consolidació derivada de l'efecte de la sobrecàrrega de l'estructura. Hi ha altres causes:– Assentaments per excavacions subterrànies (mineria, túnels, etc.)– Assentaments per erosió interna– Assentaments per descens de nivell freàtic– Assentaments per col·lapse– Assentaments per vibracions– Etc.

ASSENTAMENTS


Mètodes de càlcul dels assentaments

• Teoria de consolidació unidimensional de Skempton-Bjerrum (1957)• Teoria de la consolidació tridimensional de Biot (1941)• Trajectòria de tensions de Lambe i Laddy Feole (1964)• Mètode elàstic• Mètode edomètric• Altres mètodes (Burland et al., De Beer i Martens, placa

d’assentament, mètode pressiomètric, etc.)

ASSENTAMENTS


Documents

MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES - rua.ua.es · Fórmula de Brinch-Hansen Fórmula de Brinch-Hansen. Fonamentacions superficials sobre terreny heterogeni El coeficient de seguretat