ASIENTOS ADMISIBLES
Manuel Romana. STMR - UPVOctubre 2001
Interacción terreno-estructura
ACCIONES
TERRENO
Rotura
MATERIAL
REACCIONES
Deformacióngeometria
La materialización constructiva de los puntos de apoyo de la estructura constituye la cimentación. La cimentación debe garantizar las coacciones impuestas a la estructura y que REACCION < RESISTENCIAREACCION < RESISTENCIA
Estructura de acero Muro de ladrilloCerramiento ligero
SecciónZapata Corrida RígidaFlexible
Cimentación rígidaCimentación flexible
Cargas
Tipo de estructura
Dimensiones
Rigidez
Cimiento
Proceso constructivo
Uniformidad del suelo
Velocidad
Factores
Objetivos del diseñoSeguridad (equilibrio)
La Resistencia se moviliza con la Deformación
Funcionalidad (deformación)(movimientos inducidos)
goce estético (Vitrubio, 30 a.d.C)
DISEÑO................................... ADMISIBLE
Objetivos del DiseñoEl diseño de una cimentación cumplir los requisitos anteriores (Bjerrum, 1963Bjerrum, 1963)
Estimar los movimientos de la cimentaciónEvaluar la seguridad de la misma Determinar si los movimientos asídeterminados garantizan el correcto funcionamiento de la estructura.
Patologia y daño asumibleEl mal funcionamiento de la estructura estáasociado, en muchos casos, a elementos que noafectan a la seguridad de la estructuraSe manifiesta en aspecto o incomodidadEstas patologías son en principio reparables a un coste adecuado.
El grado de aceptación de un determinado tipo de mal funcionamiento depende de la función del edificio.
Patologia y daño asumible
Patología (Síndrome)= Disfunción(SINTOMAS)
Se asocia a movimientos¿Limitar movimientos = evitar patologías?
En muchos casos los daños se deben a deformaciones de la propia estructura, generadas por otras causas
Un estudio analítico de la interacción terreno/estructura teniendo presente el comportamiento y la geometría de todos los elementos de un edificio es inabordable.
Patologia y daño asumibleLos edificios son muy diferentes entre sí, tanto desde un punto de vista general (tipología, estructura, materiales), como desde un punto de vista concreto (disposiciones constructivas, geometría) por lo que es difícil establecer reglas de tipo general.
Los edificios, e incluso las cimentaciones, responden de modo diferente a como fueron diseñados, debido a que los materiales de construcción rara vez funcionan de acuerdo con las hipótesis establecidas en los cálculos
Patologia y daño asumible
Diseño implica: (Peck, 1956)IncertidumbreRiesgoDaño asociado
un diseño de estructura que evitara cualquier tipo de fisuración exigiría un sobrecoste del orden del 10%.
Tipos de movimientos
Flujo de humedad
T < To
To > T
Grietas
hinchamiento
Isotermas
Definición de términos
ρ MAXρ K>0
ρ M<0
ρ
X
M
Kρ K = ρ (xk)
xk
xM
P
Q
δρ PQAsiento diferencial= δρ
Asiento máximo
Hinchamiento
Definición de términos
(θN)+>0
(θN)- >0
αN>0
+
N
N-1
N+1
N-1
N
N+1(θN)- <0
(θN)+>0αN<0
Rotación θ
Deformación angular ααN =(θN)- -(θN)+
xxρρ)(θ
xxρρ)(θ
1NN
1NNN
N1N
N1NN
−
−−
+
++
−−
=−−
= +− −= )(θ)(θα NNN
Rotación o giro (θ) Deformación angular (α)
Definición de términos
w
w
θβ
w = Inclinaciónβ=θ−w = Rotación relativaβ= Distorsión angular
w
Definición de términos
W
δρβ
α
Δ
L
d
ΔAB>0
LAB
ΔBC<0
LBC
A
B
CΔ = Deflexión o flecha relativa
Δ/L = Coeficiente de Deflexión o de curvatura
Quebranto
Arrufo
Control de asientoso Los edificios asientan debido a las cargas aplicadaso El asiento diferencial es más crítico que el asiento total.o Las estructuras y sus cimentaciones deben diseñarse de modo
que se limite y minimice el asiento diferencialo Muchas estructuras pueden soportar grandes asientos sin que
se vean comprometidas su seguridad o su funcionalidad.o Asientos “lentos” y “rápidos”.
o MEYERHOFF: β=1/1000; δρ=8 mm........Δσ (75%)....daño nulo
Recomendaciones...................Inventario
SKEMPTON-MACDONALD(1956)
β=1/300 δρ(mm)
ρmax(mm)
losas zapatas
Arcilla 45 100 75
Arena 30 65 50
o Fisuración : β>1/300.
Daño estructural : β>1/150.Para un valor dado de β o δρ , el asiento máximo admisible es mayor
para una cimentación por losa que para una cimentación por zapatas
GRANT et al. (1974)
maxo
max β mρρ
=
maxo
max β nρ
δρ=
ρo = 25.4 mm (1”)
BJERRUM (1963)
Bjerrum (1963)
Arenas
Arcillas
POLSHIN Y TOKAR (1957)Valores de θ
Polshin y Tokar (Estructuras)Arena y arcilla dura
Arcilla blanda
Estructuras reticuladas de acero u hormigón armado
0.002 0.002
Cerramientos de ladrillo entre pilares
0.007 0.001
Estructuras isostáticas 0.005 0.005
Carriles de grúa y puentes grúa 0.003 0.003
Inclinación (w) de edificios esbeltos 0.004 0.004
POLSHIN Y TOKAR (1957)Valores de Δ/L
Polshin y Tokar (Muros)Arena y arcilla dura
Arcilla blanda
Edificios de varios pisos
L/H <3 0.0003 0.0004
L/H>5 0.0005 0.0007
Edificios industriales de una planta
0.0010 0.0010 εcrit = 0.05%
L/H
Burland et al. (1977)
Burland et al. (1977)
δρ(mm)
ρmax(mm)
losas zapatas
Arcilla 40 65-100 65
Arena 20-25 50-65 25-40
EUROCÓDIGO 1Eurocódigo 1 Basis of design (1993)
(6th Draft)
Asiento total (mm)
Zapatas 25
Losas 50
Asiento diferencial (mm)
Sin cerramientos 20
Revestimientos flexibles 10
Revestimientos rígidos 5
Distorsión angular 1/500
Inclinación diseño
EUROCODIGO 7.(Geotechnical design)
Principios Valores admisibles de los movimientos deben considerar:
• Tipo y función de la estructura
• Tipo de materiales
• Tipo de cimentación
• Modo de deformación
Asiento diferencial y distorsión deben definirse :
• No se alcance el límite de servicio
Los cálculos deben tener en cuenta:
• Variabilidad de cargas, propiedades del terreno
• Rigidez de la estructura
• Método constructivo
EUROCODIGO 7.(Geotechnical design)
Reglas de aplicación:
1/2000< β <1/300....................1/500
Zapatas: ρmax < 50 mm δρ < 20 mm
Norma AE-88ρmax (mm) (orientativo)
Granular Cohesivo
Obras monumentales 12 25
Estructuras de H.A. muy rigidas35 50
Estructuras de H.A. poco rígidasEstructuras metálicashiperestáticasEdificios con muros de fábrica
50 75
Estructuras metálicas isostáticasEstructuras de maderaEstructuras provisionales
50(*) 75(*)
(*) Comprobando que no se produce desorganización en la estructura ni en los cerramientos (¿?)
Crítica (Burland)
Estudio incompleto, con información detallada, de todo el proceso: constructivo, proyecto, usos, historia, etc..La estimación del tipo de daño y su grado es cualitativo subjetivo.La información sobre la estructura y/o el terreno es incompleta.La relación causa-efecto entre asientos y daños es infundada.El inventario puede estar sesgado hacia los casos de edificios sin daño.Buen funcionamiento de edificios antiguos con asientos elevados.No relaciona justificadamente causas (asientos) con efectos (fisuras) No tiene en cuenta el daño asumible o asociado al diseño.
Daño y coste asumibleNo toda la fisuración observable se debe a los asientos
La ausencia de fisuración no supone que no se hayan producido asientos.
“ El movimiento puede considerarse no tolerable cuando el daño requiere un mantenimiento y/o reparaciones costosas, de modo que hubiera sido más adecuada una construcción o diseño más costoso que hubiera evitado el problema “
Propuesta de Burland
Definición objetiva de daño
Modelo explicativo que relacione daño y movimiento
Daño apreciable se manifiesta por fisuras (grietas de tracción)
Tipología del daño
ArquitectónicoFuncionalEstructural
Daño Arquitectónico, (aspecto)
también llamado estético: afecta al aspecto de las estructuras
•fisuras o despegues en los tabiques, solados y acabados.
•Se ha comprobado que fisuras son apreciadas por los usuarios:
•en enlucidos con aperturas superiores a 0.5 mm
•en tabiquería y cerramientos superiores a 1 mm,
(Grados 0,1 y 2)(Grados 0,1 y 2)
Tipología del daño
Daño funcional: (Comodidad)
afecta al uso o servicio de la estructura y
se manifiesta en
•la dificultad para abrir puertas y ventanas,
•fisuración y desconchados en enlucidos,
•inclinación en tabiques y forjados y
•pérdida de estanqueidad o impermeabilidad.
Requiere reparación de carácter no estructural para reponer las condiciones de servicio y uso del edificio.
(Grados 3 y 4)(Grados 3 y 4)
Tipología del daño
Daño estructural: (Ruina)afecta a la estabilidad de la estructura
se manifiesta en grietas, distorsiones, giros o desplomes en elementos estructurales como vigas, pilares, muros de carga o forjados.
Reedificación total o parcial.
Apeo y apuntalamiento
(Grado 5).(Grado 5).
Tipología del daño
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
LΔ
Deformación a cortante Deformación a flexiónL
H
Grietas Grietas
22yxyx
1 2γ
2εε
2εε
ε ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡ −±
+=
mx
x1 ε2H
I EM
Eσεε ====
t1 εAG2Vα
G2τ
2γε ====
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
2
2
2
2
o
2
22
o
2
22
t2m
LH
GE1
LH
GE
231
β31
LΔ
GE
LH1
EI16PLβ
GE
LH
231
EI48PL
LΔ
GH8P3ε
EH2PL3ε
2P V
4PLM
+
+=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
+=
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
+=
====
Carga puntual Deformación a tracción crítica: εcrit
(Inicio de fisuración)
muros de ladrillo y bloques:
0.05-0.10%
hormigón armado
0.03-0.05%
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 2 4 6 8 10
L/H
1000
Δ/L
β= 1/300
β= 1/500
Polshin y Tokar
Flex
ión
Cor
te
puntual
uniforme
ε critica = 0.075%
quebran
arrufo
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
0102030405060708090
100
0 2 4 6 8 10L/H
% F
lech
a
momento
Cortante
E/G=2.6 E/G=12.5
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
Influencia de la rigidez
Viga equivalente (Burland, Wroth, 1974)
Δ/(Lεcrit) depende :esbeltez (L/H), anisotropía (E/G), profundidad fibra neutra y modo dominante de deformación.
Relación entre (β) y (Δ/L ) dependedimensiones del edificio (H/L) rigidez a cortante (E/G).
Tipo de Carga :por momento difiere poco. Por deformación de corte sensible al punto de la viga en la que se calcule. En x= L/4, no influye el tipo de carga
Pequeños valores de L/H la condición de cortante es más restrictiva Cuanto mayor es E/G, mayor es el rango de L/H en el que domina la condición de cortante.
Criterio de Burland-Wroth
Muros arrufoMuros quebranto
Estructuras porticadas
Movimientos horizontalesMinisterio Polaco de Minas y Energía. (Hutchings et al. 1974)
εh (%) Tipo de estructura o servicio
0.20 Tuberías generales de gas con riesgo de escape en caso de rotura. Depósitos de agua. Instalaciones industriales sensibles
0.40Edificios industriales de hormigón armado de construcción monolítica o con puentes grúa; cúpulas de iglesias. Edificios públicos grandes (hospitales, teatros, etc.). Líneas de ferrocarril y estaciones con equipo técnico. Túneles. Arcos de puentes. Conducciones generales de agua. Edificios residenciales de más de 20 m
0.60
Carreteras principales. Líneas de ferrocarril y estaciones secundarias. Puentes de vigas. Edificios industriales de ladrillo, acero y madera sin grúas y poco susceptibles a los movimientos del terreno. Torres de refrigeración y grandes chimeneas. Depósitos de agua elevados. Iglesias con techos de vigas. Edificios residenciales entre qo y 20 m de longitud o de más de 20 m si están protegidos contra movimientos. Colectores principales. Aeropuertos
0.90 Grandes estadios. Edificios residenciales de 10 m de largo o de 10 a 20 m con protección especial.
Movimientos horizontalesNATIONAL COAL BOARD. U.K.
Δu (m) Clase de dañoTipos de daños posibles
<0.03 Muy ligeroso inapreciables
Fisuras en enfoscados. Grietas aisladas no visibles en el exterior
0.03-0.06Ligeros Pequeñas grietas en el interior. Puertas y ventanas se
atascan ligeramente. Fisuras generalizadas en enfoscados
0.06-0.12Apreciables Grietas en el exterior. Alguna muy marcada. Puertas y
ventanas atascadas. Rotura de tuberías
0.12-0.18 Graves
Rotura de tuberías. Grietas que comunican interior y exterior. Distorsiones en marcos. Inclinación de solados. Muros ondulados o con desplome. Pérdida de apoyo de algunas vigas. Grietas horizontales en fábrica de ladrillo y solape de juntas en solados si la deformación es de compresión
>0.18 Muy GravesPérdida de apoyo en vigas. Necesario el apuntalamiento. Rotura de ventanas por distorsión. Inclinación en forjados. Alabeos y panzas en techos y muros si la deformación es de compresión.
Movimientos horizontales
Boscardin et al. 1989
L/H=1
Túneles
Boscardin et al. 1989