Al aplicar una carga sobre un terreno, una parte de los asientos ocurre de modo inmediato, de donde deriva su nombre de “asiento inmediato”.

Si se trata de un suelo de grano fino, el proceso de consolidación primaria origina un retraso en los asientos. Esta parte del asiento recibe el nombre de “asiento de consolidación”.

El método edométrico consiste en dividir en capas el terreno situado por debajo de la cimentación, y en admitir la hipótesis de que el asiento de cada capa ocurre en las mismas condiciones que en el edómetro.

Esto lleva consigo el admitir que las únicas tensiones que intervienen en el cálculo son las tensiones efectivas σ'v en el centro de cada capa, lo cual simplifica notablemente el problema de la determinación de tensiones.

La hipótesis anterior evidentemente no es cierta.

La figura 14.1 muestra, para un estudio lineal - elástico, homogéneo e isótropo, la relación que existe entre el asiento calculado de este modo y el asiento real. El método edométrico, que da asientos inferiores a los reales, es de gran exactitud cuando el espesor de la capa compresible es pequeño comparado con la anchura del área cargada. Por otro lado, el método edométrico es comparable al tridimensional cuando ν ≤ 0.25 aproximadamente.

El coeficiente de Poisson de una arcilla fuertemente consolidada puede oscilar entre 0.1 y 0.33 y, por ello, el método edométrico les sería, en principio, aplicable.

El asiento final correspondiente será para un suelo consolidado:

El método es aplicable en arcillas medias y blandas, así como de forma general en cualquier suelo medio y blando.

Este método considera el suelo como un medio elástico. Se suele emplear en arenas, rocas y arcillas gruesas y duras. La principal dificultad de este método se encuentra en determinar el módulo de Poisson y el módulo de elasticidad.

El módulo elástico se puede determinar mediante ensayos de carga, o bien a partir de correlaciones a partir de los datos obtenidos en laboratorio. Así, para una arena:

E = 2 · qc → qc = α · N (α = 2, arcillas y limos; α = 4, arenas; α = gravas)

Para el caso de una arcilla:

E = 130 · cu

El asiento se determina a partir de:

Como el coeficiente de Poisson oscila entre 0.1 y 0.3 el error cometido no es excesivo.

La figura 14.4 representa la relación entre el asiento inmediato, si, y el final, sf, de un estrato sólido poroso saturado lineal - elástico, homogéneo e isótropo. En el caso de una arcilla no consolidada la relación es 0.15 (casi todo el asiento es de consolidación); mientras que para una arcilla sobreconsolidada es de 0.6; para un limo es de 0.8 y para las arenas es de 1 (todo el asiento es inmediato).

Si el peso de un edificio con sótanos es igual o inferior al de las tierras excavadas se dice que la cimentación es “flotante”. Si el peso de las tierras no iguala al del edificio, pero supone una proporción importante del peso de éste, la cimentación se llama “parcialmente flotante”. Este sistema se ha utilizado durante mucho tiempo con objeto de reducir los asientos.

Durante la fase de excavación ocurrirá un hinchamiento del terreno, seguido de un asiento a medida que van incidiendo cargas sobre la losa de fondo.

En general es deseable que la fase de excavación dure lo menos posible para evitar el reblandecimiento de la arcilla. Por este motivo el método edométrico no suele ser admisible para estimar el hinchamiento, y en general no se puede estimar con precisión su sucesión el tiempo. Por ello, el método edométrico suele llevar a sobrestimar el hinchamiento que se produce al final del periodo de excavación.

Para estimar el hinchamiento inmediato se puede emplear la expresión:

hi (cm) = 0.2639 · [H (m)]1.057

Si una vez acabada la excavación se comienza inmediatamente a hormigonar la losa de fondo, y se continua con la construcción del sótano, se invierte el sentido de los movimientos casi al mismo tiempo que el de las cargas. Si, por el contrario, se deja el fondo de la excavación sin proteger, o se detiene la construcción una vez hormigonada la losa de fondo, se inicia un proceso de “entumecimiento” durante el cual aumentarán las presiones intersticiales en la arcilla situada bajo el fondo de la excavación y ésta absorberá agua.

Se llama “carga neta” a la diferencia entre la carga del edificio (“carga bruta”) y el peso del terreno excavado.

Cuando la carga neta es nula, el asiento que sufre el edificio no difiere mucho del hinchamiento que había experimentado durante la fase de excavación y, además, la mayor parte de los asientos termina no mucho después de la construcción. Para que el asiento sea pequeño es necesario que el coeficiente de la excavación respecto a un levantamiento por su fondo sea como mínimo de 2. Así, se puede determinar dicho coeficiente como:

Siendo D la profundidad de la excavación.

Los métodos de cálculo empleados en la práctica suelen estar basados en ensayos in situ, sobre todo el ensayo de placa de carga, el ensayo de penetración normal o el ensayo de cono holandés.

A partir del ensayo de penetración normal Meyerhof propone un método que consiste en:

• Calcular el valor medio del número de penetración en un espesor de terreno igual a la anchura de la zapata y contado a partir del plano de cimentación.

• Estimar el asiento de acuerdo con las siguientes fórmulas:

• Para B ≤ 1.2 m

• Para B > 1.2 m

• Para placas

Siendo:

s Asiento en cm.

p Presión media sobre la base de la cimentación en kN/m2.

B Anchura de la cimentación en m.

N Número de penetración medio del ensayo de penetración normal, en un espesor de

arena igual a la anchura de la zapata y contando a partir del plano de cimentación.

Tema 20: EL ASIENTO DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES

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MECÁNICA DEL SUELO