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FUNDACIONES | UMNG
1 PROYECTO FINAL
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ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA DOS
DISEÑO DE UNA CIMENTACION SUPERFICIAL
PROYECTO FINAL
UNIDADES TRES Y CUATRO
ARISTIZABAL GONZALEZ FRANCY ELENA 7301104
CALDERON SILVA HECTOR FERNANDO 7300435
CONTRERAS BEDOYA CARINA MAYERLY 7300805
NIÑO SANTOS JAIRO ESTEBAN 7301436
SEMESTRE VI
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
FAEDIS – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
FUNDACIONES
BOGOTA
2014
FUNDACIONES | UMNG
2 PROYECTO FINAL
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ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA UNO
PLAN EXPLORATORIO
UNIDADES UNO Y DOS
ARISTIZABAL GONZALEZ FRANCY ELENA 7301104
CALDERON SILVA HECTOR FERNANDO 7300435 A
CONTRERAS BEDOYA CARINA MAYERLY 7300805
NIÑO SANTOS JAIRO ESTEBAN 7301436
Trabajo para:
Implementar las teorías de capacidad portante, a través del desarrollo
del diseño de una cimentación para un caso práctico con el
procesamiento de un estudio de suelos.
ING. SANDRA ELODIA OSPINA LOZANO
Docente en el Área de Fundaciones
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
FAEDIS – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
FUNDACIONES
SEMETRE VI
BOGOTA
2014
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3 PROYECTO FINAL
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TALLER 2
Diseño de una cimentación superficial
Objetivo
Implementar las teorías de capacidad portante, a través del desarrollo
del diseño de una cimentación para un caso práctico con el
procesamiento de un estudio de suelos.
Indicaciones
En el documento "indicaciones" encontrarán los parámetros que se
requieren para presentar su trabajo, que puede desarrollar en grupos y
de acuerdo con todas las recomendaciones dadas en el documento
"Aclaraciones" en la pestaña presentación.
La información a procesar está consignada en un archivo en Excel con
los perfiles estratigráficos, así:
S1, S2, y consolidación. (Dar click en cada uno para descargar los 3
archivos).
INDICACIONES
Ustedes van a encontrar la información que se logró de un trabajo de
exploración y de laboratorio.
Deberán diseñar la cimentación para la misma estructura para la cual
planificaron la exploración en la misma área y van a suponer que el
edificio se va a soportar sobre 12 columnas, a cada una de ellas llegará
una carga neta de 112 ton.
No hay planos estructurales. Esta distribución de columnas genera
zapatas centradas, medianeras y esquineras.
El diseño de la cimentación debe ir acompañado del soporte de todos
los procesos de síntesis, suposiciones y análisis que hagan para definir el
perfil estratigráfico representativo utilizado para su diseño.
El documento de entrega deberá contener al menos lo presentado en
la tabla de contenido presentada a continuación.
Está sombreado en azul la información que les suministro y en amarillo lo
que ustedes deben realizar y entregar. Si algún ítem requiere de
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cálculos deben entregar las memorias de cálculo para verificar sus
recomendaciones.
Los ítems que están en verde, se entregarán en el taller 3 (podrían irlos
adelantando)
TABLA DE CONTENIDO
1. GENERALIDADES
1.1. INTRODUCCIÓN
2. PLAN EXPLORATORIO
2.1. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
2.2. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO 2.3. ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DE
RESULTADOS 3. ANALISIS DE RESULTADOS
3.1. ESTRATIGRAFÍA
3.2. NIVEL FREÁTICO 3.3. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA 4. CLASIFICACIÓN SÍSMICA DEL SUELO
5. CAPACIDAD PORTANTE
6. ASENTAMIENTOS
7. ALCANCE O LIMITACIONES 8. RECOMENDACIONES DE EXCAVACIÓN 9. COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES
ANEXOS
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PROYECTO FINAL
1. GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIÓN
Las cimentaciones superficiales para tener un buen comportamiento se
caracteriza por:
1. La cimentación debe ser segura contra la falla por corte general
del suelo que la soporta.
2. La cimentación no debe experimentar un desplazamiento
excesivo.
2. PLAN EXPLORATORIO
En el plan exploratorio planteamos el diseño de una cimentación de
una estructura, para un edificio de 6 pisos, con un área aproximada de
650 m2, de uso residencial con dos sótanos. Realizamos 4 sondeos con
unas profundidades de 6 y 22 Metros, rigiéndonos en la NSR-10 Tabla H3
1-1, donde se clasifico el proyecto en la Categoría Media.
Las muestras fueron extraídas con el equipo SPT, siendo enviadas al
laboratorio, de acuerdo con los resultados se procede a la segunda
parte de este trabajo.
2.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto se encuentra ubicado en la ciudad de Bogotá D.C.,
Cundinamarca en la Carrera 50 106 – 72 Barrio Pasadena.
2.2 EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Se realizaron ensayos de compresión inconfinada en muestras de suelos,
análisis granulométricos y limites de consistencia. Donde se encontró
material como Arcilla de baja compresibilidad con rastros de arena,
café clara con vetas de oxidación, humedad media.
2.3 ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
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3. ANALISIS DE RESULTADOS
3.1 ESTRATIGRAFÍA
De acuerdo con las características del proyecto y el perfil estratigráfico
se analizaron dos alternativas de fundación para el edificio, una
combinada placa-pilotes y otra únicamente con columnas y zapatas,
que repartirá uniformemente las cargas al suelo de apoyo.
Las dos alternativas son validas técnicamente y se presentan para que
se analicen económica y constructivamente y se escoja la que resulte
más conveniente para el proyecto.
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3.2 NIVEL FREÁTICO
Al realizar los sondeos pudimos observar que el nivel freático de nuestro
sitio de trabajo está a una profundidad de 0.20 m por debajo del
terreno natural, lo cual nos hace tener un especial cuidado en el
momento de la excavación.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Mediante la realización del proyecto nos dimos cuenta que el
edificio es de categoría media que pertenece al lacustre 200 el
cual es un suelo muy blando.
La conformación del suelo está dado por arcillas limosas muy
blandas además es un suelo de muy baja a media capacidad
portante y muy compresible.
Teniendo en cuenta que es un suelo muy compresible se debe
prever que suelen presentar resistencias bajas y asentamientos a
corto plazo.
3.3 CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA
Encontramos un suelo arcilloso algo arenoso, de color café clara y con
una humedad media.
F200= por ciento que pasa la malla No. 200, expresado como un
numero entero.
LL= Limite liquido
PI= Índice de plasticidad
C= Arcilla
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FORMULA:
PI = LL – LP
Índice de Plasticidad =Limite liquido – Limite Plástico
Sistemas de Clasificación de Suelos
SISTEMA AASHTO
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICAION DE SUELOS
4. CLASIFICACIÓN SÍSMICA DEL SUELO
ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO
Movimientos sísmicos de diseño
Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la
aceleración pico efectiva, representada por el parámetro Aa y de
la velocidad pico efectiva representada por Av, para una probabilidad
del10% de ser excedidos en un lapso de cincuenta años. Los
coeficientes Aa y Av se determinan según la región donde se ubica el
terreno de estudio, según los valores definidos en la norma NSR-10
tenemos:
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Los valores de Aa y Av se obtiene de la siguiente tabla, en función de
numero de la región y.
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Coeficientes de Diseño.
El terreno proyectado se encuentra ubicado en la zona Lacustre 200,
según el mapa de Microzonificación Sísmica de Bogotá, para el diseño
de los efectos locales se utilizaran los coeficientes de diseño definido
por el Decreto 523 del 16 de diciembre de 2010 en la tabla 3, donde :
Nomenclatura:
Aa = Coeficiente de aceleración horizontal pico efectiva par.
Av = Coeficiente de velocidad horizontal pico efectiva para
diseño.
Fa = Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en
la zona de periodos cortos, debida a los efectos de sitio,
adimensional.
Fv = Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en
la zona de periodos intermedios, debida a los efectos de sitio,
adimensional.
Tc = Periodo de vibración, correspondiente a la transición
entre la zona de aceleración constante del espectro de diseño,
para periodos cortos, y la parte descendiente del mismo.
Tl = Periodo de vibración, correspondiente al inicio de la zona de
desplazamiento aproximadamente constante del espectro de
diseño, para periodos largos.
Coeficientes de Importancia.
Partiendo que el proyecto a diseñar pertenece al grupo de uso
I(estructuras de ocupación norma), se obtiene que el coeficiente
de importancia de nuestro edificio es 1,0, según la tabla.
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Tabla A,2,5-1 Valores del coeficiente de
importancia, I
Grupo de Uso Coeficiente de Importancia, I
IV 1,50
III 1,25
II 1,10
I 1,00
Espectro de Diseño.
Para el caso de nuestro proyecto se trabaja el espectro de
aceleraciones frecuentemente utilizado.
En la siguiente figura se tiene la forma del espectro elástico de
aceleraciones (Sa) expresada como fracción de la gravedad, para
un coeficiente de 5% del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar
en el diseño y se define por medio de la ecuación y limitaciones
dadas a continuación:
5. CAPACIDAD PORTANTE
De acuerdo al Capitulo H.4 CIMENTACIONES de la NSR-10
H.4.1 — GENERALIDADES
Toda edificación debe soportarse sobre el terreno en forma adecuada
para sus fines de diseño, construcción y funcionamiento. En ningún caso
puede apoyarse sobe la capa vegetal, rellenos sueltos, materiales
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degradables o inestables, susceptibles de erosión, socavación, licuación
o arrastre por aguas subterráneas. La cimentación se debe colocar
sobre materiales que presenten propiedades mecánicas adecuadas en
términos de resistencia y rigidez, o sobre rellenos artificiales, que no
incluyan materiales degradables, debidamente compactados.
En el diseño de toda cimentación se deben considerar tanto los estados
límite de falla, del suelo de soporte y de los elementos estructurales de la
cimentación, como los estados límites de servicio. Los edificios se deben
diseñar empotrados en su base para que los esfuerzos se transmitan en
forma adecuada a la cimentación En los cálculos se tendrá en cuenta
la interacción entre los diferentes elementos de la cimentación de la
estructura y de las edificaciones vecinas, como analizar si hay
superposición de bulbos de carga, los efectos de los sótanos, las
excentricidades de los centros de gravedad y de cargas que en
conjunto se ocasionan.
Los parámetros de diseño deben justificarse plenamente, con base en
resultados provenientes de ensayos de campo y laboratorio.
H.4.7.1 — CAPACIDAD PORTANTE DE CIMIENTOS SUPERFICIALES Y
CAPACIDAD PORTANTE DE PUNTA DE CIMENTACIONES PROFUNDAS
Para estos casos se aconsejan los siguientes valores:
Tabla H.4.7-1
Factores de Seguridad Indirectos FSICP Mínimo
Condición
FSICP
Mínimo
s
Diseño
Carga Muerta + Carga Viva Normal 3,0
Carga Muerta + Carga Viva Máximal 2,5
Carga Muerta + Carga Viva Normal + Sismo de Diseño Seudo
estático 1,5
En todo caso se deberá demostrar que los valores de FSB directos
equivalentes no son inferiores a los de la Tabla H.2.4-1
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MEMORIAS DE CÁLCULO – CAPACIDAD DE SOPORTE Y ASENTAMIENTOS
EDIFICIO PASADENA CARRERA 50 No. 106 78
ALTERNATIVA COLUMNAS Y ZAPATAS
Esta alternativa contempla un sistema de fundación conformado por
una placa que repartirá uniformemente las cargas al suelo de apoyo.
La placa será de tipo macizo con vigas descolgadas
1. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE
Los resultados obtenidos en los análisis de esta memoria, son aplicables
para suelo natural, con los ensayos d resistencia realizada en campo y
en el laboratorio, a las profundidades a las que quedara apoyada la
placa, se tiene un valor promedio de:
Cu = 5.0 Ton/m^2
Tenemos:
C: Resistencia al corte no drenada
Nc: Factor de capacidad de carga= 5.7 Para cimentaciones
superficiales
FS: Factor de seguridad = 3.0
qadm: Capacidad de soporte neta del terreno
Obtenemos:
qadm = 1.0 Kg/cm^2 = 10.0 Ton/m^2
2. CALCULO DE ASENTAMIENTOS PLACA
Para establecer el peso máximo del edificio transmitido al suelo de
cimentación, se calcularon los asentamientos por consolidación y tal
como se demostrara más adelante, la capacidad de soporte no
gobierna la cimentación, ya que la resistencia al corte del suelo natural
podría permitir esfuerzos transmitidos al suelo de apoyo superiores a 7.0
T/m^2
Carga aplicada: 7.0 Ton/m^2
Perfil estratigráfico
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Profundidad (m)
H(m) y
(ton/m^3) Cr/(1+e0)
0,0 - 3,0 3 1,5 0
3,0 - 10,0 7 0,4 0,036
H(m) altura de la capa
y (ton/m^3) Peso unitario del suelo en la capa
Cr/(1+e0) Coeficiente de compresibilidad de la capa
P(cm) : Asentamiento por capa
(Ton/m^2) : Esfuerzo vertical efectivo inicial en la mitad de la
carga.
(Ton/m^2): Incremento en el esfuerzo vertical debido a la
sobrecarga.
Por lo tanto los esfuerzos verticales, incrementos de esfuerzos y
asentamientos en cada capa evaluados baja la placa son:
Profundidad p
(m) (Ton/m^2) (Ton/m^2) (cm)
3,0 – 10,0 5,9 5,29 6,94
Asentamiento total = 6,94 cm
3. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CON FSBM
Con los ensayos de campo realizados en el terreno y con los resultados
de los ensayos de laboratorio, a las profundidades a las que quedaran
apoyadas las zapatas se tiene un valor promedio de:
CU= 5.0 Ton/m^2
Por lo tanto,
Cu / FSBM = 3.3 Ton/m^2
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Tenemos;
qadm = C * Nc /FS
C= Resistencia al corte no drenada
Nc: Factor de capacidad de carga = 5.37 Para cimentaciones
superficiales.
qadm= Capacidad de soporte neta del terreno
Obtenemos;
qadm= 1.90 Kg/cm^2 = 19.0 Ton/m^2
Se efectuó una revisión de la capacidad de soporte dl suelo donde se
apoyara la placa utilizando el factor de seguridad básico mínimo
directo que para la condición de carga viva mas carga muerta es de
1.5, según la Tabla H.2.4-1 de la Norma NSR-10. Este factor de seguridad
se utilizo para calcular el valor reducido de la resistencia al corte no
drenado del estrato de apoyo, que corresponde a un suelo cohesivo. Si
se castiga o se reduce la resistencia al corte, básicamente se está
disminuyendo el valor encontrado en el diseño en función de los
ensayos de campo y por lo tanto la cohesión no drenada para este
análisis resulta en un valor de 3.3 T/m^2. Al calcular la capacidad de
soporte con esta reducción en la resistencia del estrato de apoyo
resulta en un valor de 19.0T/m^2, valor superior a la capacidad
admisible calculada con un factor de seguridad a la falla de 3, por lo
tanto, se confirma la capacidad de soporte del estudio de suelos.
6. ASENTAMIENTOS
7. ALCANCE O LIMITACIONES
8. RECOMENDACIONES DE EXCAVACIÓN
9. COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES
ANEXOS
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BIBLIOGRAFIA
PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES Braja. M Das.
Quinta Edición. Editorial THOMSON
Material de Estudio UMNG