El hablar en esta entrada sobre el asentamiento elástico de las cimentaciones superficiales se debe al intento de incorporar al blog más contenido sobre los fundamentos de la geotecnia. Pero lo hacemos a nuestro estilo, dándole un enfoque muy práctico.
Es costumbre de este blog recomendar la lectura de entradas relacionadas:
- Modelo Mohr-Coulomb.
- Capacidad de carga última.
- Suelos cohesivos y resistencia al corte sin drenaje.
- Diseño geotécnico de presas de relaves. Introducción.
- Método SHANSEP y resistencia al corte.
- Anisotropía y resistencia al corte en arcillas.
- Capacidad portante y asentamiento. Generalidades
Introducción sobre el asentamiento elástico.
El asentamiento elástico (Se) es el que se produce inmediatamente tras la aplicación de la carga sobre la cimentación. Junto con el asentamiento por consolidación primaría (Sc) y secundario (Ss), constituyen el asentamiento total de una cimentación (St).
St = Se + Sc + Ss
Esta entrada la vamos a dividir en cuatro partes principales:
- Diferencias si la cimentación es flexible o rígida.
- Importancia de los parámetros elásticos.
- Asentamiento elástico en arcillas.
- Asentamiento elástico en arenas.
Diferencias entre cimentación flexible y rígida.
Recordamos que una cimentación es flexible si el mayor vuelo es mayor que 2h (“h” es el canto o espesor de la cimentación).
En los siguientes apartados vamos a ver cómo es el perfil de asentamiento y la distribución de la presión de contacto en función de si la cimentación es flexible o rígida y del medio en el que apoye la cimentación (suelos cohesivos o granulares).
Cimentación flexible
En ambos caso, la presión de contacto será uniforme, aunque los perfiles del asentamiento serán diferentes.
- Suelos cohesivos.
2. Suelos granulares.
Cimentación rígida
En este caso, los perfiles de asentamiento serán iguales pero la distribución de la presión de contacto serán diferentes.
- Suelos cohesivos.
2. Suelos granulares.
Importancia de los parámetros elásticos.
Al estar hablando del asentamiento elástico, parámetros como el módulo de elasticidad (E) y el de Poisson (υ) deberán conocerse para el cálculo. En la mayoría casos, si no tenemos ensayos de laboratorio, lo podremos establecer a partir de correlaciones y estimaciones empíricas.
Damos algunas relaciones a modo orientativo.
- Módulo de Poisson (υ).
φtc: ángulo de rozamiento interno del ensayo triaxial consolidado-drenado
- Módulo de elasticidad.
A partir del ensayo SPT, siendo N60 el valor de SPT corregido por la eficiencia del martillo.
Es (kN/m2) = 766 N60
A partir del ensayo CPT, siendo qc la resistencia a la penetración del cono.
Es = 3.5 qc (para cimentaciones muy flexibles, L/B>10)
Para suelos arcillosos saturados, tenemos relaciones del módulo de elasticidad con la resistencia al corte sin drenaje.
Es /cu = 1000 a 1500
Asentamiento elástico en arcillas.
La solución dada por Janbu nos da el asentamiento elástico medio bajo una para una cimentación flexible que apoya en un suelo arcilloso saturado (υ=0.5)
La fórmula sería:
Asentamiento elástico en arenas.
Existen varias fórmulas para estimar el asentamiento elástico de cimentaciones en suelo granular que se basan en las correlaciones entre el ancho de la cimentación y el N60. Vamos a ver un par de ellas a continuación.
Correlación de Terzagui y Peck.
q: Presión en KN/m2
B: Ancho de la cimentación en m.
El valor de N60 que se debe de tomar es el situado entre 3B y 4B medido desde la base de la cimentación.
El valor de Se se puede corregir con dos coeficientes.
- Corrección por nivel freático. (Cw)
- CW=1 si la profundidad del nivel freático bajo la cimentación es mayor o igual 2B.
- CW=2 si la profundidad del nivel freático bajo la cimentación es menor o igual B.
- Corrección por empotramiento de la cimentación. (CD)
Df: Empotramiento en m.
Correlación de Meyerhof.
Tenemos dos expresiones en función del ancho de la cimentación.
- B ≤ 1.22m
- B >1.22m
También se corrige el valor del asentamiento elástico por la posición del nivel freático y el empotramiento. Para ello, se usan las mismas expresiones que obtuvieron Terzagui y Peck.
Conclusión
A veces afrontar este tipo de cálculos nos puede dar algo de miedo, pero como hemos podido ver, es bastante sencillo. Como siempre es importante tener datos de calidad, y en este caso es vital un ensayo de SPT bien ejecutado y saber cómo se corrige cuando trabajemos en arenas, y tener valores de parámetros de elasticidad fiables cuando lo hagamos en arcillas.
Teniendo en cuenta que el asentamiento elástico se produce de manera inmediata, su importancia será distinta dependiendo del tipo de suelo.
- En las arcillas es considerablemente menor si lo comparamos con el asentamiento durante el proceso de consolidación. Además, la consolidación es un proceso más largo (meses e incluso años) así que, en el caso de las arcillas, será el fenómeno a controlar.
- En los suelos granulares no hay proceso de consolidación, así que el asentamiento total será el que se produzca en el asentamiento elástico.
Espero que os haya resultado interesante. En futuras entradas veremos cómo calculamos el asentamiento por consolidación (primaria y secundaria) con lo que iríamos cerrando este bloque temático.
Muchas gracias por vuestro tiempo.
Hola Nacho, en mi experiencia en España nadie corrige el N30 del SPT por las mejoras en las eficiencias de las máquinas actuales. Tan sólo una vez me pidió una famosa ingeniería recalcular el N20 de la DPSH al del Borros porque sus correlaciones eran para Borros… no comment…
Por curiosidad y para mi uso, lo he recalculado alguna vez y los valores de carga admisible obtenidos con las fórmulas clásicas superaban con creces cualquier práctica de construcción conocida en la zona de trabajo, digamos que todos los datos eran excesivamente altos.
Para mí, se debería promover una profunda revisión del cálculo geotécnico, abandonar las fórmulas clásicas empíricas y recurrir a elementos finitos y modelos digitales, cosa que el CTE no ha promovido ni parece interesar a las constructoras que creo están satisfechas con el uso de factores de seguridad amplios.
Aplaudo tu esfuerzo comunicativo pero espero, por el mejor desarrollo profesional, que los modelos de cálculo evolucionen y dejemos de matar moscas a cañozanos o calcular tensiones para losas con fórmulas para zapatas.
Por ejemplo, a día de hoy, nadie calcula caudales de avenida o áreas de inundación sin modelos informáticos.
Me encantaría que otros compañeros compartieran su “experiencia” de cálculo!
Muchas gracias por este post y enhorabuena por mantener este blog, a mi modo de ver de lo mejor en ingeniería civil en la red.
Aprovecho para comentar sobre la consideración de cimentación rígida o flexible. El criterio que se menciona es desde el punto de vista de la estructura. Para el análisis de asientos tal vez sería más interesante considerar otros criterios en los que se tiene en cuenta la deformabilidad tanto del material de la cimentación como del terreno.
Un saludo y mis felicitaciones de nuevo por el blog.
Hola, Mario.
Gracias por participar.
Efectivamente, es lo que comentas. Es un criterio estructural pero bueno es cómo se ha venido aceptando la clasificación de cimentaciones directas.
Saludos.
Ignacio