Guia Cimentaciones Superficiales - Interacción Suelo-Estructura.

Dentro del ámbito de aplicación de esta Guía se entiende como cimentación superficial aquella que transmite las cargas de la estructura a las capas más superficiales del terreno. Cuando la profundidad de cimentación es claramente mayor que el ancho (o dimensión menor en planta) del elemento de cimentación (zapata), la cimentación debe considerarse semiprofunda o profunda.

Las recomendaciones que se formulan en esta parte son aplicables a aquellos cimientos que
se apoyan a profundidades del orden de hasta dos veces el ancho de la cimentación (D ≤ 2B). Para
profundidades mayores, también podrán utilizarse dichas recomendaciones, si bien el resultado de
su aplicación puede resultar excesivamente conservador.

Las cimentaciones semiprofundas, también denominadas cimentaciones en pozo, deben estudiarse mediante procedimientos específicos. Las cimentaciones profundas se consideran mas adelante de esta Guía.

El elemento estructural de apoyo o transmisión de cargas de una cimentación superficial se denomina «zapata» y generalmente su planta es de forma rectangular. El resto de características que puede tener este elemento son variadas. Véase figura 4.1.

PRINCIPALES TIPOS DE CIMENTACIÓN SUPERFICIAL
FIGURA 4.1. PRINCIPALES TIPOS DE CIMENTACIÓN SUPERFICIAL



• La cimentación superficial de las pilas de los puentes suele hacerse mediante zapatas aisladas, una por cada apoyo de la estructura.
• En ocasiones, cuando existen apoyos próximos o cuando la carga unitaria que se quiere transmitir al terreno es pequeña, pueden construirse zapatas combinadas, donde apoyan dos o más pilares.
• Las cimentaciones de los estribos de los puentes y de los muros de contención suelen ser de forma alargada, de longitud claramente mayor que la anchura y reciben el nombre de zapatas corridas.
• Los marcos y estructuras de paso bajo carreteras pueden cimentarse mediante zapatas corridas cuando el terreno es de buenas características, o mediante losas (uniendo ambas zapatas corridas). Se entiende por losa de cimentación aquel elemento de transmisión de cargas al terreno con ambas dimensiones en planta claramente mayores (varias veces) que su canto.

En función de la deformabilidad del elemento de cimentación respecto a la del terreno de apoyo, los elementos de cimentación pueden considerarse flexibles o rígidos, según tenga o no importancia el efecto de interacción suelo-estructura.

En términos generales, y a efectos de la consideración del fenómeno anterior, de interacción suelo-estructura, pueden considerarse rígidas aquellas zapatas que cumplen:

Donde:
h = Canto de la zapata en su encuentro con la cara del pilar.
v = Vuelo, o distancia horizontal entre la cara del pilar y la cara vertical más próxima de contorno de la zapata.
α = Coeficiente adimensional que puede estimarse mediante la relación siguiente:

Donde:
E = Módulo de elasticidad del terreno de cimentación.
Eh = Módulo de elasticidad del material que forma la zapata.
Las losas y las vigas continuas de cimentación pueden considerarse rígidas cuando se cumple la condición siguiente:

Donde:
h = Canto de la losa.
l = Luz libre entre apoyos.
β = Coeficiente adimensional dado por la expresión siguiente:
Donde:
Kb = Módulo de balasto.
Eh = Módulo de elasticidad del material que forma la zapata.

En la práctica habitual, el canto de las zapatas de cimentación se suele disponer de manera que
estos elementos resulten rígidos, mientras que los cantos de las losas de cimentación suelen ser ta-
les que normalmente resultan flexibles.

Los comportamientos rígidos y flexibles no están nítidamente separados. Las expresiones precedentes se han deducido suponiendo que dicha frontera queda establecida por la condición de una deflexión (o flecha diferencial) de la estructura de cimentación, que es aproximadamente igual a la décima parte del asiento máximo. Según la experiencia acumulada hasta la fecha, esa rigidez frontera es suficientemente aproximada para discernir cuándo es necesario realizar los cálculos de esfuerzos en la cimentación con o sin consideración del efecto de interacción.

El efecto de interacción suelo-estructura no tiene efectos apreciables en el análisis de los estados límite últimos según los procedimientos de cálculo que se recogen en esta Guía, pero puede afectar en el cálculo de asientos y otros movimientos de las cimentaciones. El efecto es claramente notable en el cálculo de esfuerzos en los elementos de cimentación.

En el caso de los terraplenes, cuya cimentación es también objeto de esta Guía, se entiende como cimentación superficial aquella en la que el tratamiento del área de apoyo consiste en excavaciones sencillas (no profundas) y se completa habitualmente con obras de drenaje superficial y/o profundo. Se excluirán de este tipo de cimentación superficial aquellos casos en los que, por falta de capacidad de soporte del terreno de apoyo, se recurra al uso de elementos de transmisión de carga a zonas más profundas (columnas de grava, pilotes de madera, etc.). En las Partes 6, 7 y 8 de esta Guía pueden encontrarse recomendaciones específicas aplicables a las cimentaciones de los terraplenes.

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