El Eurocódigo 7 EN 1997 introduce, en las comprobaciones de estados límite estructurales y geotécnicos, enfoques de proyecto con diferentes combinaciones de grupos de coeficientes parciales para las acciones, las resistencias de los materiales y la resistencia global del sistema.
Cada estado miembro de la UE emite el Anexo Nacional (National Annex, NA), o sea las especificaciones detalladas para aplicar las directrices de la norma EN 1997.
Por ejemplo, el enfoque 1 se utiliza en el Reino Unido y en Portugal, el enfoque 2 en la mayor parte de los países europeos (Alemania, Eslovaquia, Italia...) para calcular la capacidad portante y el enfoque 3 en los Países Bajos y en la mayor parte de los países europeos para calcular la estabilidad de taludes.
En las especificaciones se indican los valores de los coeficientes parciales a utilizar y se indican los enfoques a adoptar en las fases de proyecto de las diferentes obras (capacidad portante, anclajes, pantallas, muros de contención, etc.)
Enfoques de proyecto
2.4.7.3.4.2 Enfoque de proyecto 1
1. | Se debe comprobar, excepto para el proyecto de pilotes y anclajes bajo carga axil, que no se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales: |
Combinación 1: A1 “+” M1 “+” R1
Combinación 2: A2 “+” M2 “+” R1
donde el "+" implica: "a combinar con".
NOTA En las combinaciones 1 y 2, los coeficientes se aplican a las acciones y a los parámetros de resistencia del terreno.
2. | Se debe comprobar, para el proyecto de pilotes y anclajes bajo carga axil, que no se producirá un estado limite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales: |
Combinación 1: A1 “+” M1 “+” R1
Combinación 2: A2 “+” (M1 o M2) “+” R4
NOTA 1 En la combinación 1, los coeficientes se aplican a las acciones y a los parámetros de resistencia del terreno. En la combinación 2, los coeficientes parciales se aplican a las acciones, a las resistencias del terreno y, en ocasiones, a los parámetros de resistencia del terreno.
NOTA 2 En la combinación 2, el conjunto M1 se emplea para el cálculo de las resistencias de pilotes o anclajes, y el conjunto M2 para el cálculo de las acciones desfavorables en pilotes debidas, por ejemplo, al rozamiento negativo o a las cargas transversales.
3. | Si es evidente que una o dos combinaciones condicionan el proyecto, no es necesario calcular el resto de combinaciones. Sin embargo, distintas combinaciones pueden ser críticas para diferentes aspectos del mismo proyecto. |
2.4.7.3.4.3 Enfoque de proyecto 2
1. | Se debe comprobar que no se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales: |
Combinación: A1 “+” M1 “+” R2
NOTA 1 En este enfoque, los coeficientes parciales de seguridad se aplican a las acciones o a los efectos de las acciones, y a las resistencias del terreno.
NOTA 2 Si este enfoque se utiliza para los cálculos de la estabilidad general y de la estabilidad de la pendiente, el efecto resultante de las acciones sobre la superficie de rotura se multiplica por γE y la resistencia global a cortante a lo largo de la superficie de rotura se divide por γ R;e.
2.4.7.3.4.4 Enfoque de proyecto 3
1. | Se debe comprobar que no se producirá un estado límite de rotura o deformación excesiva con ninguna de las siguientes combinaciones de conjuntos de coeficientes parciales: |
Combinación: (A1* o A2†) “+” M2 “+” R3
*en acciones estructurales
†en acciones geotécnicas
NOTA 1 Los coeficientes parciales se aplican, con este enfoque, a las acciones o los efectos de las acciones de la estructura y a los parámetros de resistencia del terreno.
NOTA 2 Para el cálculo de la pendiente y la estabilidad global, se tratan las acciones sobre el suelo (acciones estructurales, cargas de tráfico) como cargas de tráfico, empleando el conjunto de coeficientes de carga A2.
La tabla 3.1. Muestra los coeficientes parciales a usar en cada enfoque, dependiendo del tipo de estructura.
Structure |
Partial factors sets used in Design Approach... |
|||
1 |
2 |
3 |
||
Combination 1 |
Combination 2 |
|
|
|
General |
A1+M1+R1 |
A2+M2+R1 |
A1+R2+M1 |
A1*(A2+)+M2+R3 |
Slope |
A1+M1+R1 |
A2+M2+R1 |
E1+R2+M1 |
E2+M2+R3 |
Piles and anchor-ages |
A1+M1+R1 |
A2+M1+R4 |
A1+R2+M1 |
A1*(A2+)+M2+R3 |
Tabla 3.1.- Estado límite último, enfoque de proyecto (*en acciones estructurales, + en acciones geotécnicas)
Design Approach 1 |
Combination 1 |
Combination 2 |
||||||
A1 |
M1 |
R1 |
A2 |
M2 |
R1 |
|||
Permanent actions (G) |
Unfavourable |
γG |
1,35 |
|
|
1,0 |
|
|
Favorable |
γG,fav |
1,0 |
|
|
1,0 |
|
|
|
Variable actions (Q) |
Unfavourable |
γQ |
1,5 |
|
|
1,3 |
|
|
Favorable |
γQ,fav |
0 |
|
|
0 |
|
|
|
Coeff.of schearing resistance (tanϕ) |
γf |
|
1,0 |
|
|
1,25 |
|
|
Effective cohesion (c') |
γc' |
|
1,0 |
|
|
1,25 |
|
|
Undrained strength (cu) |
γcu |
|
1,0 |
|
|
1,4 |
|
|
Unconfined compressive strength (qu) |
γqu |
|
1,0 |
|
|
1,4 |
|
|
Weight density (γ) |
γg |
|
1,0 |
|
|
1,0 |
|
|
Resistance (R) |
γR |
|
|
1,0 |
|
|
1,0 |
Tabla 3.2.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando la Combinación 1 y usando la Combinación 2
Design Approach 2 |
|
||||
A1 |
M1 |
R1 |
|||
Permanent actions (G) |
Unfavourable |
γG |
1,35 |
|
|
Favorable |
γG,fav |
1,0 |
|
|
|
Variable actions (Q) |
Unfavourable |
γQ |
1,5 |
|
|
Favorable |
γQ,fav |
0 |
|
|
|
Material properties(c) |
γM |
|
1,0 |
|
|
Material resistance (Rv) |
γRv |
|
|
1,4 |
|
Sliding resistance (Rh) |
γRh |
|
|
1,1 |
|
Earth resistance against retaining structures |
γRe |
|
|
1,4 |
|
....in slope |
|
|
1,1 |
Tabla 3.3.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando el enfoque de proyecto 2
Design Approach 3 |
|
|||||
A1 |
A2 |
M2 |
R3 |
|||
Permanent actions (G) |
Unfavourable |
γG |
1,35 |
1,0 |
|
|
Favorable |
γG,fav |
1,0 |
1,0 |
|
|
|
Variable actions (Q) |
Unfavourable |
γQ |
1,5 |
1,3 |
|
|
Favorable |
γQ,fav |
0 |
0 |
|
|
|
Coeff.of schearing resistance (tanϕ) |
γf |
|
|
1,25 |
|
|
Effective cohesion (c') |
γc' |
|
|
1,25 |
|
|
Undrained strength (cu) |
γcu |
|
|
1,4 |
|
|
Unconfined compressive strength (qu) |
γqu |
|
|
1,4 |
|
|
Weight density (γ) |
γg |
|
|
1,0 |
|
|
Resistance (R) (except for pile shaft in tension) |
γR |
|
|
|
1,0 |
|
Pile shatf resistance in tension |
γR,st |
|
|
|
1,1 |
Tabla 3.4.- Magnitud relativa de los principales parámetros usando el enfoque de proyecto 3
Cimentaciones directas
6.1 Generalidades
1. | Este capítulo se aplica a cimentaciones directas, que incluyen zapatas aisladas, zapatas corridas y losas. |
2. | Algunas de las disposiciones puede aplicarse a cimentaciones profundas, tales como cajones o pilotes de base ensanchada. |
6.2 Estados límite
1. | Los siguientes estados límite deben considerarse y debe elaborarse una lista apropiada de dichos estados. |
- pérdida de estabilidad global;
- agotamiento de la capacidad portante, punzonamiento, extrusión;
- rotura por deslizamiento;
- rotura combinada en el terreno y en la estructura;
- rotura estructural debida al desplazamiento de la cimentación;
- asientos excesivos;
- levantamiento (inestabilidad) excesivo debido a expansión, helada y otras causas;
- vibraciones inadmisibles.
6.3 Acciones y situaciones de proyecto
1. | Las situaciones de proyecto deben seleccionarse de acuerdo con el apartado 2.2. |
2. | Las acciones enumeradas en el punto (4) del apartado 2.4.2 deberían considerarse cuando se seleccionen los estados límite para el cálculo. |
3. | Si es significativa la rigidez estructural, deberá analizarse la interacci6n estructura-terreno para determinar la distribución de acciones. |
6.4 Consideraciones de proyecto y construcción
1. | Cuando se seleccione la profundidad de una cimentación directa deben considerarse los siguientes aspectos: |
- la posibilidad de alcanzar un estrato con la capacidad portante adecuada;
-el espesor de suelo en el cual la retracción y expansión de los suelos arcillosos, debido a cambios estacionales, o a árboles y arbustos, puede producir desplazamientos apreciables;
-la profundidad sobre la cual se pueden producir daños por helada;
-el nivel freático y los problemas que se pueden producir si se precisa excavar la cimentación bajo el mismo;
- los posibles desplazamientos del terreno y la disminución de la resistencia del estrato portante por filtraciones, efectos climáticos o los procesos constructivos;
- los efectos de las excavaciones en las cimentaciones y estructuras próximas;
- las excavaciones previstas para servicios cercanos a la cimentación;
- las temperaturas altas o bajas transmitidas por el edificio;
- la posibilidad de socavación;
- los efectos de la variación de contenido de humedad, debida a largos periodos de sequía y posteriores periodos de lluvia, en las propiedades de suelos con inestabilidad de volumen presentes en áreas de clima árido;
-la presencia de materiales solubles, por ejemplo caliza, yeso, rocas salinas.
2. No se producirán daños por helada si:
- el suelo no es sensible a la helada;
- la cimentación se apoya por debajo del nivel de acción de la helada;
- se elimina la acción de la helada por aislamiento.
3. La Norma EN ISO 13793 puede aplicarse para establecer medidas de protección de la helada en cimentaciones de edificios.
4. Además de cumplir con las condiciones de comportamiento, la anchura de cimentación de proyecto debe tener en cuenta cuestiones prácticas tales como la economía de los trabajos de excavación, las tolerancias de ejecución, los requisitos sobre espacio de trabajo y las dimensiones del muro o pilar sustentado por la cimentación
5. Uno de los siguientes métodos de proyecto debe utilizarse para cimentaciones directas:
- un método directo, en el cual se realizan análisis separados para cada estado limite. Cuando se compruebe un estado límite último, el cálculo debe representar fielmente el mecanismo de rotura previsto. Cuando se compruebe un estado límite de servicio, debe utilizarse un cálculo de asientos;
- un método indirecto basado en experiencia comparable y en los resultados de mediciones u observaciones de campo o laboratorio, y adaptado a las cargas del estado límite de servicio, de modo que se satisfagan los requisitos de todos los estados límite relevantes;
- un método prescriptivo en el cual se utiliza una capacidad portante estimada (véase 2.5).
- un método indirecto basado en experiencia comparable y en los resultados de mediciones u observaciones de campo o laboratorio, y adaptado a las cargas del estado límite de servicio, de modo que se satisfagan los requisitos de todos los estados límite relevantes;
- un método prescriptivo en el cual se utiliza una capacidad portante estimada (véase 2.5).
6. Se deberían aplicar los modelos de cálculo para estados límite último y de servicio de cimentaciones directas en suelo, dados respectivamente en los apartados 6.5 y 6.6. Las presiones de contacto estimadas para el proyecto de cimentaciones directas en roca se deberían aplicar según el apartado 6.7.
6.5 Cálculo en estado límite último
6.5.1 Estabilidad global
1. | La estabilidad global, con o sin las cimentaciones, debe comprobarse especialmente en las siguientes situaciones: |
- próximo a, o sobre una ladera o talud artificial;
- en proximidad de una excavaci6n o un muro de contención;
- en proximidad de un rio, un canal, un lago, un embalse o de la costa;
- en proximidad de instalaciones mineras o de estructuras enterradas.
2. Para las situaciones anteriores debe justificarse, utilizando los principios descritos en el capítulo II, que es suficientemente improbable que se produzca la inestabilidad de una masa de terreno que englobe la cimentación.
6.5.2 Capacidad portante
6.5.2.1 Generalidades
1. | Para todos los estados limite últimos debe cumplirse que: |
Vd ≤ Rd [6.1]
(2)Rd debe calcularse de acuerdo con el apartado 2.4.
(3)Vd debe incluir el peso de la cimentación, el peso de cualquier material de relleno de la excavación del cimiento y todos los empujes de unitarios de tierras, sean favorables o desfavorables. Las presiones de agua que no sean debidas a la carga de cimentación deben incluirse como acciones.
6.5.2.2 Método analítico
1. | Debería utilizarse un método analítico comúnmente reconocido. |
NOTA Puede utilizarse el procedimiento analítico para calculo de capacidad portante dado en el anexo D.
2. | Debe considerarse una evaluación analítica de los valores de Rd a corto y largo plazo, especialmente en el caso de suelos de grano fino. |
3. | Cuando el suelo o el macizo rocoso bajo una cimentación presente una estructura definida de estratificación u otras discontinuidades, el mecanismo de rotura supuesto, y los parámetros elegidos de resistencia o cortante y de deformación deben considerar las características estructurales del terreno. |
4. | Cuando se calcule la capacidad portante de cálculo de una cimentación apoyada en depósitos estratificados, en los que las propiedades varíen considerablemente de uno a otro estrato, los valores de cálculo de los parámetros del terreno deben determinarse para cada estrato. |
5. | En el caso en que una formación resistente se encuentra bajo una formación débil, la capacidad portante puede calcularse utilizando los parámetros resistentes de la formación débil. En la situación inversa, debería realizarse una comprobación a punzonamiento. |
6. | Los métodos analíticos, con frecuencia, no son aplicables a las situaciones de proyecto que se describen en los puntos (3), (4) Y (5) del apartado 6.5.2.2. Para. determinar el mecanismo de rotura más desfavorable se debería recurrir entonces a métodos numéricos. |
7. | Pueden aplicarse los cálculos de estabilidad global descritos en el capítulo 11 |
6.5.2.3 Método semi-empírico
1. | Puede utilizarse un método semi-empírico comúnmente reconocido. |
NOTA Se recomienda el método semi-empírico que figura en el anexo E para la estimación de la capacidad portante, en base a resultados de ensayos presiométricos
6.5.3 Resistencia al deslizamiento
1. | Cuando la carga no sea perpendicular a la base de cimentación, los cimientos de ben comprobarse a rotura por deslizamiento en su base. |
2. | Debe cumplirse la siguiente ecuación: |
Hd ≤ Rd + Rpd [6.2]
3.Hd debe incluir los valores de cálculo de cualquier empuje activo que actué sobre la cimentación.
4. Rd debe calcularse de acuerdo con 2.4.
5. Los valores de Rd Y Rp;d deberían relacionarse con la magnitud del desplazamiento previsto para el estado limite de carga considerado. Para desplazamientos grande s, se debería considerar la posible relevancia de un comportamiento post-pico. El valor elegido para Rp;d debería reflejar la vida prevista para la estructura.
6. Para cimentaciones apoyadas dentro de la zona de desplazamientos estacionales de suelos arcillosos, se debe considerar la posibilidad de que la arcilla se separe, por retracción, de las caras verticales del cimiento.
7. Se debe considerar la posibilidad de que el suelo frente al cimiento sea eliminado por erosi6n o actividad humana.
8. Para condiciones drenadas, la resistencia a cortante de cálculo, Rd, debe calcularse aplicando los coeficientes parciales de las propiedades o la resistencia del terreno, de la forma siguiente:
Rd = V 'd tan δd [6.3a]
ó
Rd = (V 'd tan δk)/ϒR;h [6.3b]
NOTA En los procedimientos de proyecto en que los coeficientes se aplican a los efectos de las acciones, el coeficiente parcial para acciones (ϒF) es 1,0, y V'd = V'k en la ecuación (6.3b).
9. Al determinar V'd debe considerarse si Hd y V'd son acciones dependientes o independientes.
10. El ángulo de rozamiento de cálculo, δd, puede suponerse igual al valor de cálculo en ángulo efectivo de resistencia a cortante en estado crítico, φ'cv,d, para cimentaciones hormigonadas in situ, e igual a 2/3 φ'cv;d para cimentaciones lisas prefabricadas. Se debería despreciar cualquier cohesión efectiva, c'.
11. Para condiciones no drenadas, la resistencia a cortante de cálculo, Rd, debe calcularse aplicando los coeficientes parciales de las propiedades del terreno o su resistencia, de la forma siguiente:
Rd = A cu;d [6.4a]
ó
Rd = A cu;d /ϒR;h [6.4b]
12. Si es posible que agua o aire alcancen el contacto entre el cimiento y la arcilla no drenada subyacente, debe efectuarse la siguiente comprobación:
Rd ≤ 0,4 Vd [6.5]
13. El requisito (6.5) solo puede obviarse si se evita por succión, en áreas en que no haya presión positiva de contacto, la formación de una junta entre cimiento y terreno.
6.5.4 Cargas con grandes excentricidades
1. | Deben adoptarse precauciones especiales cuando la excentricidad de la carga supere 1/3 de la anchura de una zapata rectangular, o 0,6 veces el radio de una zapata circular. |
Estas precauciones incluyen:
- una revisión cuidadosa de los valores de cálculo de las acciones, de acuerdo con el apartado 2.4.2;
- el diseño de la localización del borde del cimiento considerando el valor de las tolerancias constructivas.
2. | Salvo que se adopten precauciones constructivas especiales, deberían considerarse tolerancias de hasta 0,10 m. |
6.5.5 Rotura estructural debido a desplazamientos de la cimentación
1. | Deben considerarse los desplazamientos diferenciales verticales y horizontales de la cimentación para asegurar que no conducen a ningún estado límite último a la estructura sustentada. |
2. | Puede adoptarse una capacidad portante estimada (véase 2.5) siempre que los desplazamientos no originen un estado limite ultimo en la estructura. |
3. | En terreno susceptible de expansión, se debe evaluar el levantamiento diferencial potencial y proyectar las cimentaciones y la estructura de modo que puedan resistirlo o absorberlo. |
6.6 Cálculo en estado límite de servicio
1. | Deben considerarse los desplazamientos causados por las acciones sobre la cimentación, tal como se enumeran en el punto (4) del apartado 2.4.2. . |
2. | En la evaluación de la magnitud de los desplazamientos de las cimentaciones, debe tenerse en cuenta la experiencia comparable, como se define en 1.5.2.2. Si es necesario, deben también realizarse cálculos de desplazamientos. . |
3. | En arcillas blandas deben calcularse siempre de asientos. |
4. | Para cimentaciones directas en arcillas rígidas y firmes en las Categorías geotécnicas 2 y 3, se deberían normalmente realizar cálculos de desplazamientos verticales (asientos). En el apartado 6.6.2 figuran métodos que pueden utilizarse para calcular asientos provocados por cargas sobre la cimentación. |
5. | Las cargas de cálculo en estado límite de servicio deben utilizarse cuando se calculen desplazamientos de cimentaciones para comparación con los criterios de comportamiento en servicio (funcionalidad). |
6. | Los cálculos de asientos no deberían considerarse como precisos. Tan solo proporcionan una indicación aproximada. |
7. | Los desplazamientos de cimentaciones deben considerarse tanto en términos de desplazamiento global de la cimentación como de desplazamientos diferenciales entre partes de la cimentación. |
8. | Cuando se calcule el incremento de tensiones en el terreno, y su influencia en la comprensibilidad de este último, debe considerarse el efecto de cimentaciones y rellenos vecinos. |
9. | Debe evaluarse el posible rango de rotaciones relativas de las cimentaciones, y compararlo con los valores límite de desplazamientos que sean relevantes, según se indica en el apartado 2.4.9 |
6.6.1 Asiento
1. | Los cálculos de asientos deben incluir tanto los instantáneos como los diferidos. |
2. | Para suelos parcial o totalmente saturados deberían considerarse las tres componentes de asiento siguientes: |
- So: asiento instantáneo; debido a deformación por cortante a volumen constante para suelo totalmente saturado y, debido tanto a deformación por cortante como a disminución de volumen para suelo parcialmente saturado;
- S1: asiento causado por consolidación;
- S2: asiento causado por fluencia.
3. Deberían utilizarse métodos reconocidos para evaluar asientos.
NOTA Pueden aplicarse los métodos para evaluar asientos So y S1 que figuran en el anexo F.
4. Se debería prestar especial atención a suelos tales como los orgánicos y las arcillas blandas, en los cuales los asientos pueden prolongarse en forma casi indefinida por fluencia
5. La profundidad de suelo comprensible que se debería considerar para el cálculo de asiento debería ser función del tamaño y de la forma de la cimentación, de la variación de la rigidez del suelo con la profundidad y de la separación de los elementos de cimentación.
6. Esta profundidad puede tomarse normalmente como aquella en que la tensión vertical efectiva debida a la cimentación es el 20% de la tensión efectiva debida al terreno.
7. En muchos casos esta profundidad solo puede estimarse de modo aproximado, como entre 1 y 2 veces la anchura de cimentación, pero puede reducirse para losas de cimentación más anchas, ligeramente cargadas.
NOTA Esta aproximación no es válida para suelos muy blandos.
8. Se debe evaluar cualquier posible asiento debido a la compactación del suelo por su propio peso.
9. Deberían considerarse:
- los posibles efectos del peso propio, de la inundación y de vibraciones en rellenos y suelos colapsables;
- los efectos de los cambios de tensiones en arenas de partículas de baja resistencia.
10. Deben adoptarse, según proceda, modelos lineales o no lineales de rigidez del terreno
11. Para asegurar que no se produzca un estado límite de servicio, la determinación de asientos diferenciales y rotaciones relativas debe considerar tanto la distribución de cargas como la posible variabilidad del terreno
12. Los cálculos de asientos diferenciales que ignoren la rigidez de la estructura tienden a sobreestimar dichos asientos. Puede utilizarse un análisis de interacción terreno-estructura para justificar unos valores reducidos de los asientos diferenciales.
13. Debería preverse la existencia de asientos diferenciales debidos a la variabilidad del terreno, salvo que pudieran reducirse por la rigidez de la estructura.
14. Para cimentaciones directas en terreno natural debería considerarse que normalmente habrá asientos diferenciales, aun cuando los cálculos pudieran prever solo asiento uniforme.
15. Se debería estimar la inclinación de una cimentación excéntricamente cargada suponiendo una distribución lineal de presiones de contacto, y calculando entonces los asientos en las esquinas de la cimentación empleando los métodos descritos previamente de obtención de distribución de tensiones verticales en el terreno bajo cada esquina y de cálculo de asientos.
16. Para estructuras convencionales cimentadas con arcillas, debería calcularse la razón de la capacidad portante del terreno para su resistencia a cortante inicial, en relación a la carga de servicio (véase 2.4.8 (4». Si esta razón es inferior a 3, deberían hacerse siempre cálculos de asientos. Si la razón es inferior a 2, los cálculos deberían considerar los efectos en el terreno de una rigidez no lineal.
Método de análisis tensión-deformación
El asiento total de una cimentación en un suelo coherente o sin cohesión puede evaluarse utilizando el método de cálculo de tensión-deformación, como se indica a continuación:
- calculando la distribución de tensiones en el terreno debido a la carga transmitida por la cimentación, lo que puede basarse el cálculo en la teoría de la elasticidad, suponiendo en general que el suelo es homogéneo e isotrópico y que la distribución de tensiones, en el contacto cimentación-terreno, es lineal;
- calculando las deformaciones resultantes en el terreno a partir de las tensiones, utilizando para ello los valores de los módulos de rigidez u otras relaciones de tensión-deformación determinadas a partir de ensayos de laboratorio (preferiblemente calibrados frente a ensayos de campo), o a partir de ensayos de campo;
- integrando las deformaciones verticales para obtener los asientos; para utilizar el método de tensión-deformación se debería seleccionar un número suficiente de puntos en el terreno, por debajo de la cimentación, y determinar las tensiones y deformaciones en esos puntos.
Método de elasticidad ajustada
El asiento total de una cimentación en suelo coherente o sin cohesión puede evaluarse utilizando la teoría de la elasticidad y una ecuación de la forma:
[F.1] |
donde:
p | es la presión de contacto, distribuida linealmente en la base de la cimentación; |
Em | es el valor de cálculo del módulo de elasticidad. Si no se dispone de resultados útiles de asiento, medidos en estructuras similares del terreno, el valor de cálculo del módulo de Young drenado, Em, del terreno deformable puede estimarse a partir de resultados de laboratorio de ensayos in situ; |
f | es el coeficiente de asiento. Su valor depende de la forma y dimensiones del área de la cimentación, de la variación de rigidez del terreno con la profundidad del espesor de la formación comprensible, del coeficiente de Poisson, de la distribución de presiones de contacto y del punto en que se calcula el asiento; |
y los restantes definidos en 1.6
El método de elasticidad ajustada debería usarse solo si las tensiones en el terreno son tales que no se produce una plastificación significativa, y que el comportamiento tensión-deformación del terreno puede considerarse lineal. Se necesita mucha precaución si se utiliza el método de elasticidad ajustada en el caso de un terreno heterogéneo.
Asientos de consolidación
Para calcular el asiento producido por consolidación, puede suponerse una deformación confinada unidimensional del suelo, y se usa para ello la curva del ensayo edométrico. La suma de los asientos en condiciones no drenadas y de consolidación conduce, en general, a sobreestimar el asiento total por lo que es necesario introducir correcciones empíricas.
Asientos en función del tiempo
En suelos coherentes el desarrollo en el tiempo del asiento de consolidación, antes de alcanzarse el final de la consolidación primaria, puede estimarse aproximadamente utilizando los parámetros de consolidación obtenidos en un ensayo de compresión. Sin embargo, el asiento de consolidación en función del tiempo debería obtenerse preferiblemente utilizando los valores de permeabilidad obtenidos en ensayos in situ.
6.6.4 Análisis de vibraciones
1. | Las cimentaciones de estructuras sometidas a vibraciones o a cargas vibratorias, deben proyectarse para asegurar que las vibraciones no produzcan asientos excesivos. |
2. | Deberían adoptarse precauciones para asegurar que no se produzca resonancia entre la frecuencia de la carga dinámica y una frecuencia crítica del sistema cimentación-terreno, y que no producirá licuefacción en el terreno. |
3. | Las vibraciones debidas a terremotos deben considerarse utilizando la Norma EN 1998. |
6.7 Cimentaciones en roca: consideraciones de proyecto adicionales
1. El cálculo de cimentaciones directas en roca debe considerar los siguientes aspectos:
- la deformabilidad y resistencia del macizo rocoso y el asiento admisible de la estructura soportada;
-la presencia de capas blandas, por ejemplo disoluciones o zonas de falla, bajo la cimentación;
-la presencia de juntas de estratificación y otras discontinuidades y sus características (por ejemplo, relleno, continuidad, anchura, espaciamiento);
- el estado de meteorización, descomposición y facturación de la roca;
- la alteración del estado natural de la roca causada por actividades constructivas, tales como, por ejemplo, trabajos subterráneos o excavaciones de taludes cerca de la cimentación.
2. | Las cimentaciones directas en roca se pueden proyectar, normalmente, utilizando el método de estimación de la capacidad portante. Para rocas intactas ígneas, genéricas, calizas y areniscas de elevada resistencia, la capacidad portante estimada está limitada por la resistencia a compresión del hormigón de la cimentación. |
NOTA El método recomendado para estimar las capacidades portantes de las cimentaciones directas en roca figura en el anexo G
El asiento de una cimentación se puede evaluar en base a experiencia comparable relacionada con la clasificación de macizos rocosos
6.8 Cálculo estructural de las cimentaciones directas
1. | Se debe prevenir la rotura estructural de una cimentación directa de acuerdo con el apartado 2.4.6.4. |
2. | La presión de contacto bajo una cimentación rígida puede suponerse linealmente distribuida. Puede usarse un análisis más detallado de la interacción suelo-estructura para justificar un proyecto más económico. |
3. | La distribución de presiones de contacto bajo una cimentación flexible puede obtenerse representando la cimentación como viga o losa apoyada sobre un medio continuo deformable o una serie de muelles, de rigidez y resistencia apropiadas. |
4. | El comportamiento en servicio de una cimentación por zapata corrida o por losa debe comprobarse suponiendo la carga correspondiente a estado límite ultimo de servicio y una distribución de presión de contacto correspondiente a la deformación de la cimentación y del terreno. |
5. | Para situaciones de proyecto con cargas concentradas que actúen sobre una cimentación corrida o una losa, las fuerzas y los momentos flectores en la cimentación pueden obtenerse a partir de un modelo de coeficientes de balasto, en elasticidad lineal. Los coeficientes de balasto pueden evaluarse por un análisis de asientos, con estimación apropiada de la distribución de presiones de contacto. Los coeficientes pueden ajustarse de modo que las presiones de contacto calculadas no superen los valores para los que puede suponerse comportamiento lineal. |
6. | Los asientos totales y diferenciales de la estructura completa pueden calcularse de acuerdo con el apartado 6.6.2. A estos efectos, no suelen ser apropiados los modelos de coeficientes de balasto. Cuando la interacción terreno-estructura tenga un efecto dominante deberían utilizarse métodos más precisos tales como el método de elementos finitos. |
Cálculo en estado límite último
Análisis de estabilidad de taludes
En el análisis de la estabilidad global del terreno, suelo o roca, deben considerarse todos los modos de rotura relevantes.
La masa de suelo o roca limitada por la superficie de rotura se debería tratar, normalmente, como un cuerpo rígido o como varios cuerpos rígidos moviéndose simultáneamente. Las superficies de rotura o de contacto entre cuerpos rígidos pueden tener toda una variedad de formas, que incluyen formas planas, circulares y de mayor complicación. Como alternativa, la estabilidad puede comprobarse por análisis límite o utilizando el método de elementos finitos.
Si el terreno o el material de terraplén es relativamente homogéneo o isotrópico se debería suponer, normalmente, que las superficies de rotura son circulares.
En el caso de taludes en suelos estratificados con variaciones considerables de la resistencia a cortante, debería prestarse especial atención a los estratos de menor resistencia a cortante. Puede requerirse analizar superficies de rotura no circulares.
En materiales con diaclasas, incluyendo rocas duras y suelos estratificados o fisurados, la forma de la superficie de rotura puede regirse parcial o totalmente por las discontinuidades. En tal caso debería hacerse, normalmente, un análisis de cuñas en tres dimensiones.
Las superficies de rotura de taludes existentes, que se pueden reactivar potencialmente, deberían analizarse considerando superficies tanto circulares como no circulares de rotura. Los coeficientes parciales utilizados normalmente para el análisis de estabilidad global pueden no ser apropiados en estos casos.
Si no se puede suponer que la superficie de rotura sea bidimensional, debería considerarse la utilización de superficies de rotura tridimensionales.
Un análisis de estabilidad de talud debería comprobar la estabilidad de la masa de suelo a vuelco y deslizamiento. Si se emplea un método de rebanadas y no se comprueba el equilibrio horizontal, las fuerzas entre rebanadas deberían suponerse horizontales.
En los casos en que se puede producir una rotura combinada del terreno y de los miembros estructurales, debe considerarse la interacción terreno-estructura teniendo en cuenta la diferencia que existe entre sus relativas rigideces. Tales casos incluyen superficies de rotura que atraviesan elementos estructurales tales como pilotes y muros flexibles.
Dado que al buscar la superficie de deslizamiento pésima no es posible distinguir entre cargas gravitatorias favorables y desfavorables, cualquier incertidumbre en el peso específico del terreno se debe considerar aplicando, para el mismo, los valores característicos superiores o inferiores.
El proyecto debe mostrar que la deformación del terreno bajo acciones de cálculo debida a reptación o a asientos regionales no producirá daños inaceptables a estructuras o infraestructuras localizadas en, o cerca del, terreno particular.
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