Manuales en línea RFEM 6 / RSTAB 9 | Cimentación de hormigón

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Ann-Kathrin Dannwerth, B.Sc.

11-07-2024

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Visión de conjunto

Complemento Cimentaciones de hormigón

Bases teóricas

Especificaciones de cálculo

Propiedades de diseño de zapatas aisladas

Diseño

Resultados

Documentación

Capacidad de carga del subsuelo

La verificación de la capacidad portante del subsuelo puede realizarse de diferentes maneras según la norma. En el Eurocódigo, la verificación se realiza mediante una comparación de los valores de cálculo de las acciones y resistencias (verificación de hundimiento), mientras que en las normas norteamericanas se suele trabajar con presiones del suelo admisibles. Ambos enfoques describen el mismo comportamiento portante del subsuelo, pero difieren en cuanto al concepto de seguridad y al formato de verificación.

EN 1997-1: Verificación de hundimiento

En la verificación de hundimiento según EN 1997-1, la resistencia puede determinarse mediante presiones del suelo admisibles predefinidas o calculando la resistencia al aplastamiento considerando los estratos del suelo y los parámetros del suelo.

Verificación con presión del suelo admisible predefinida

En este tipo de verificación, la presión del suelo existente se compara con la presión del suelo admisible especificada. El valor de la capacidad portante admisible del suelo σ_a se define en las configuraciones de cálculo geotécnico del add-on "Cimentaciones de hormigón" en la sección "Presión del suelo admisible".

Determinación de las solicitaciones en la junta del suelo y de las excentricidades de carga

El esfuerzo cortante de cálculo con cargas de cimentación adicionales V_z,+add, así como los momentos flectores de cálculo resultantes M_y,+add y M_x,+add en el centro de la base de cimentación, se necesitan para determinar la excentricidad de las cargas verticales efectivas:

e_{x} = - \frac{M_{y, + add}}{V_{z, + add}}

e_{y} = \frac{M_{x, + add}}{V_{z, + add}}

Excentricidad de acciones resultantes incluyendo cargas de cimentación adicionales en dirección x e y

Determinación del área efectiva de la cimentación

En la verificación de hundimiento, solo se considera una parte de la superficie de la base realmente existente: la parte en la que la fuerza normal resultante actúa en el centro.

L^{'} = m a x (w_{x} - 2 \cdot |e_{x}|; w_{y} - 2 \cdot |e_{y}|)

B^{'} = m i n (w_{x} - 2 \cdot |e_{x}|; w_{y} - 2 \cdot |e_{y}|)

A^{'} = B^{'} \cdot L^{'}

Longitud eficaz de la cimentación L', Anchura de la cimentación L' y Base A'

Presión del suelo existente

Con esto, se puede determinar la presión del suelo existente:

σ_{v o r h} = \frac{{V^{'}}_{d}}{A^{'}}

Valor de cálculo de la acción de fallo del terreno

Verificación

La presión del suelo existente se compara con la presión del suelo especificada:

η = \frac{{V^{'}}_{d} / A^{'}}{{R^{'}}_{d} / A^{'}} \leq 1.0

Criterio de cálculo del fallo del terreno

Verificación con resistencia al aplastamiento calculada (Anexo D)

En la verificación de hundimiento según EN 1997-1 [1], se realiza una comparación entre las acciones normales a la base de cimentación y los valores de cálculo de las resistencias. Se utiliza un procedimiento de cálculo según [1] 6.5.2.2. En el Anexo D de la norma se encuentra un ejemplo informativo para la determinación analítica de la resistencia al aplastamiento.

Determinación de la resistencia al aplastamiento para condiciones consolidadas

El valor característico de la resistencia al aplastamiento se puede determinar según [1] Anexo D, ecuación (D.2) para condiciones consolidadas como:

R_{k} / A^{'} = \underset{σ_{c}}{\underset{⏟}{c^{'} \cdot N_{c} \cdot b_{c} \cdot s_{c} \cdot i_{c}}} + \underset{σ_{q}}{\underset{⏟}{q^{'} \cdot N_{q} \cdot b_{q} \cdot s_{q} \cdot i_{q}}} + \underset{σ_{γ}}{\underset{⏟}{0.5 \cdot γ^{'} \cdot B^{'} \cdot N_{γ} \cdot b_{γ} \cdot s_{γ} \cdot i_{γ}}}

σ_c	Tensión debida a la cohesión
σ_q	Tensión debida a la profundidad de la cimentación
σ_γ	Tensión debida al ancho de la cimentación

Valor característico de la resistencia a fallo del terreno según EN 1997-1, anexo D (consolidado)

Coeficientes de capacidad de carga (N_c, N_q, N_γ): Estos factores se calculan considerando las condiciones del suelo y el ángulo de fricción.

N_{q} = e^{π \cdot \tan (φ_{d}^{'})} \cdot \tan^{2} (45 ° + φ_{d}^{'} / 2)

N_{c} = (N_{q} - 1) \cdot \cot (φ_{d}^{'})

N_{γ} = 2 \cdot (N_{q} - 1) \cdot \tan (φ_{d}^{'}) sofern φ^{'} / 2 (raue Sohlfläche)

Coeficientes de capacidad de carga

Coeficientes de forma (s_c, s_q, s_γ): Estos consideran la geometría de la cimentación, como bases rectangulares o cuadradas.

s_{q} = 1 + B^{'} / L^{'} \cdot \sin (φ_{d}^{'})

s_{c} = (s_{q} \cdot N_{q} - 1) / (N_{q} - 1)

s_{γ} = 1 - 0, 3 \cdot B^{'} / L^{'}

Coeficiente de forma para planta rectangular o cuadrática

Coeficientes de inclinación de la base de cimentación (b_c, b_q, b_γ): Los coeficientes de inclinación de la base de cimentación consideran la inclinación de la base de cimentación α y se calculan fundamentalmente para la verificación del hundimiento.

b_{q} = (1 - α \cdot \tan (φ_{d}^{'}))^{2}

b_{c} = b_{q} - (1 - b_{q}) / (N_{c} \cdot \tan (φ_{d}^{'}))

b_{γ} = b_{q}

Coeficientes del área de la base

Coeficientes de pendiente (i_c, i_q, i_γ): Estos consideran las influencias de cargas inclinadas.

m_{B} = (2 + B^{'} / L^{'}) / (1 + B^{'} / L^{'})

m_{L} = (2 + L^{'} / B^{'}) / (1 + L^{'} / B^{'})

m = m_{L} \cdot \cos^{2} (ω) + m_{B} \cdot \sin^{2} (ω)

i_{q} = (1 - H_{d} / (V_{d} + A^{'} \cdot c_{d}^{'} \cdot \cot (φ_{d}^{'})))^{m}

i_{c} = i_{q} - (1 - i_{q}) / (N_{c} \cdot \tan (φ_{d}^{'}))

i_{γ} = (1 - H_{d} / (V_{d} + A^{'} \cdot c_{d}^{'} \cdot \cot (φ_{d}^{'})))^{m + 1})

Coeficientes de pendiente

Ángulo de inclinación de fuerza y relaciones geométricas para determinar los coeficientes de inclinación

Determinación de la resistencia al aplastamiento para condiciones no consolidadas

En el caso de condiciones no consolidadas, se utiliza la siguiente fórmula:

R_{k} / A^{'} = (π + 2) \cdot c_{u} \cdot b_{c} \cdot s_{c} \cdot i_{c} + q

Valor característico de la resistencia al aplastamiento según EN 1997-1, anexo D (sin drenaje)

Verificación

El valor de cálculo de la acción de hundimiento se compara con el valor de cálculo de la resistencia al aplastamiento:

η = \frac{{V^{'}}_{d} / A^{'}}{{R^{'}}_{d} / A^{'}} \leq 1.0

Criterio de cálculo del fallo del terreno

Información

Las acciones (Actions A), los parámetros del suelo (Material M) y las resistencias (Resistance R) deben reducirse con los coeficientes parciales de seguridad 𝛾 según [1] A.3.

IBC 2021 / ACI 318-19 (ASD): Presión del suelo

Propósito de la verificación

La verificación de la presión del suelo comprueba si las tensiones de contacto transmitidas por la cimentación al subsuelo no superan la presión del suelo admisible. La distribución de tensiones bajo la cimentación se asume lineal en caso de solicitación combinada de fuerza normal y momento flector.

Distribución de tensiones

Las tensiones de contacto del suelo se determinan a partir de la fuerza normal y el momento flector en la base de cimentación:

q_{u} = \frac{P_{z}}{A} \pm \frac{M}{S}

P_z	carga vertical total sobre la cimentación [kip]
A	Superficie de la base [ft²]
M	momento flector en la base de cimentación [kipft]
S	Módulo resistente del área de la base [ft³]

Presión del suelo

Verificación

Las tensiones de contacto del suelo resultantes no deben superar la presión del suelo admisible. La presión del suelo admisible σ_a se puede definir en la configuración de cálculo geotécnico del add-on Concrete-Foundations.

Grado de aprovechamiento

η = \frac{q_{u}}{σ_{a}}

Tasa de utilización – Presión del suelo

Configuración del software

La presión del suelo admisible σ_a se define en la configuración de cálculo geotécnico del add-on Concrete-Foundations. Todas las cargas verticales que actúan sobre la cimentación se toman de los casos de carga definidos.

Capítulo principal

Seguridad externa - Proyectos geotécnicos