Patología en Las CimentacionesPatología en Las CimentacionesPatología en Las CimentacionesPatología en Las CimentacionesPatología en Las CimentacionesPatología en Las CimentacionesPatología …Descripción completa
5. Consideraciones y Recomendaciones en la construcción.......12 6. Conclusiones:..................................................................13 7. Bibliografía........... ................. ............ .............................. ..............................................14 ......................14
1. Resumen ejecutivo En la mecnica de rocas se estudia el proceso y estructuras tectónicas !ue afectan a las rocas y la mecnica de suelos" para abordar el estudio de rocas alteradas y meteori#adas en la superficie$
%ebido a !ue las rocas sin #onas meteori#adas juntas u otros defectos son encontradas en raras ocasiones" la locali#ación de estos defectos permanecen a menudo desconocidas y !uedan al descubierto por excavación o en una prueba de carga& debido a ello la función principal del ingeniero es elegir un tipo de cimentación adecuado para estas condiciones$ 1.1.
Executive summary
'n roc( mec)anics *e study t)e tectonic processes and structures t)at affect roc(s and soil mec)anics" in order to address t)e study of altered and *eat)ered roc(s on t)e surface$ Because roc(s *it)out *eat)ering #ones or ot)er defects are encountered on rare occasions" t)e location of t)ese defects often remain un(no*n and are exposed by excavation or a load test& Because of it t)e main function of t)e engineer is to c)oose a type of foundation suitable for t)ese conditions$
2. Objetivos: + +
aprender los principales conceptos de la mecnica de rocas, aprender y conocer los principales facores y características de
+
la cimentación sobre roca conocer los ensayos y tipos de muestreo para la determinación de las propiedades de la roca
3. fundamentos teóricos: 3.1.
definición de rocas:
son agregado naturales duros y compactos de partículas minerales con fuertes uniones co)esivas permanentes consideradas un
sistema continuo" lo !ue les da una resistencia tambi-n variable dentro de limites muy amplios .as masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectados por discontinuidades o superficies de debilidad !ue separan blo!ues de matri# rocosa o roca intacta" constituyendo en conjunto los maci#os rocosos
+ + +
Clasificación de las rocas: 3.2. Rocas sedimentarias: dentriticas" !uímicas" organicas Rocas ígneas: plutónicas y volcnicas Rocas metamórficas
/ara cuantificar las propiedades físicas y mecnicas de la matri# rocosa" debemos conocer: + +
.a naturale#a rocosa .a resistencia a la rotura
+ + + +
.a deformación a corto y largo pla#o .a influencia del agua El comportamiento ante la meteori#ación El comportamiento en función del tiempo 3.3. Resistencia de las rocas:
en todos los materiales de ingeniera civil" es indispensable cuantificar la resistencia !ue oponen a la distorsion o ruptura por acción de esfuer#os ya sea de compresión" tensión o cortantes$ 3.4.
Cimentación:
es la parte inferior de una estructura" sirve para transmitir al terreno de apoyo las cargas del conjunto estructural$ 0e emplean distintas formas de cimentación " dependiendo de la magnitud de cargas !ue soporta" del tipo y dimensiones de la supreestructura" y del espesor" resistencia y deformabilidad y permeabilidad de los suelos o rocas sobre los !ue se apoya la cimentación$ a$ Elección del tipo de cimentación: se debe )acer teniendo en +
cuenta los siguientes factores: .a mganitud y la distribución de las cargas de la estructura"
+
dimensiones y rigide# El perfil estratigrfico del terreno de apoyo y la resistencia" compresibilidad y permeabilidad de los materiales !ue forman
cada uno de los estratos del perfil del subsuelo del sitio$ b$ Re!uisitos bsicos del dise1o: + .os esfuer#os !ue transmite la cimentación al terreno de apoyo debe ser compatible con su resistencia al corte" dentro de un factor de seguridad$ /or ello es importante determinar la +
capacidad de carga admisible del terreno .as deformaciones !ue sufra el terreno y la estructura deben ser tolerables$ /or ello se re!uiere determinar los
+
asentamientos !ue sufrir el suelo o roca$ %eterminación de efectos porducidos por la presencia de agua
c$ Capacidad de carga: + Relacion entra la carga y el asentamiento de una #apata: al aplicar carga a una cimentación se produce un despla#amiento vertical" llamdo asentamiento$
. corresponde a la carga mxima 2max" !ue la #apata puede soportar$ .a capacidad de carga ultima 2u" la #apata se encuentra a un punto del colapso&la carga admisible 2o"es solo una fracción de la carga ultima 2u" con el propósito de: Evitar la falla del suelo bajo esfuer#os cortantes por la carga aplicada .imitar el asentamiento a valores tolerables
+
Capacidad de carga de las rocas en función del R2%: 3roc( 2uality %esignation4" /ec( recomienda valores admisibles para la capacidad de carga de cimentaciones apoyadas en roca$
.a capacidad de carga de las rocas es un factor limitante del dise1o de cimentaciones cuando la calidad de la roca va de mala a muy mala" R2%5678$ .os valores admisibles por /ec( estn dados para un asentamiento limite de 9$ cm" no por limitaciones en la capacidad de carga por esfuer#os cortantes de la roca$ Exceptuamos a las rocas blancas cuya resistencia a compresión simple !u" sea menor !ue la capacidad admisible !o" en ese caso es recomendable tomar !u como su valor de capacidad de carga admisible$ .os valores de la tabla suponen !ue la superficie de la roca tiene una inclinación menor de 96;" sin discontinuidades +
importantes$ Cimentaciones en ladera: para cimentaciones con inclinaciones mayores" es indispensable conocer adems de R2%" la inclinación de los planos de fisuramiento o estratificación con respecto a la pendiente de ladera$ en los casos de laderas de roca inestable" es
4. Metodología 4.1.
Cimentaciones sobre roca:
.os tipos de cimentaciones se dividen en superficiales y profundas$ En las superficiales se encuentran: las #apatas" losas y en ocasiones especiales los cajones& en las profundas: pilas y pilotes$ +
Cimentaciones sobre roca no meteori#ada: la presión de contacto admisible en rocas sin meteori#ar debe basarse en la resistencia de la roca intacta y la influencia !ue pudiera tener por juntas" #onas de corte y formas geológicas de disolución$ .as superficies inclinadas en la roca crean complicaciones en la mayor parte de las cimentaciones& en algunos lugares la capa de roca es muy dura y su superficie extremadamente irregular$ =tili#ando pilotes se evita la necesidad de )acer excavacioens
+
)asta la superficie de la roca$ Cimentaciones sobre roca meteori#ada: la gran variedad de propiedades físicas de la roca meteori#ada y la falta de uniformidad en el grado de meteori#ación" permiten )acer pocas generali#aciones en la construcción de cimentaciones$ En climas templados" la meteori#ación de rocas se manifiesta por la producción de suelos a lo largo de las juntas y planos de estratificación$ 0i los fragmentos representativos de roca estn en un rol secundario" el dise1o de la cimentación se )ara de acuerdo a las propiedades físicas del suelo constituyente de la matri#& si solamente se encuentran capas delgadas de material compresible en una masa de roca" las
+
#apatas resultan completamente adecuadas Excavación en roca: generalmente re!uiere !ue se fragmente la roca con explosivos& con la posibilidad de producir da1os en propiedades vecinas o construcciones ya terminadas" puede producirse dislocación de la rica 4.2. Cimentaciones superficiales
+
Roca )omog-nea sana y de alta resistencia: frecuentemente mas resistente y menos deformable !ue el concreto" por ellos el calculo de su capacidad de carga es muc)as veces innecesario$ /ero se recomienda emplear un porcentaje de la resistencia a la compresión simple de la roca intacta" este no debe ser mayor !ue el cuarenta por ciento
qa
= 0.4q
0
%onde: qa
>Capacidad de carga admisible
q0
>Resistencia a la compresión de una muestra en laboratorio +
Roca )omog-nea fisurada: cuando no se tiene un tratamiento adecuado" si el anc)o de la cimentación es mas pe!ue1o !ue la separación de las discontinuidades& se utili#a una gran variedad de m-todos y expresiones !ue toman en cuenta
+
diferentes parmetros para conocer la capacidad de carga$ %e acuerdo a manuales utili#ados en E$=$? 3 @?A" ?RM" ?C'4
Estos criterios bsicamente se apoyan en los modos de falla de la roca propuestos por 0o*ers 39D4 cuando se le aplican cargas externas" la calidad de roca soportante y las discontinuidades !ue presenta el maci#o$ En las siguientes figuras 3$4 se muestran los tipos de falla y las consideraciones de cada caso$
/ara el caso a4 donde se tiene roca blanda intacta como arenisca alterada" jabres" rocas calcreas porosas" etc$ 0e presenta una falla
de tipo general por lo !ue se recomienda el uso de la tradicional fórmula de Fer#ag)i para suelos pero tomando en cuenta las características de la roca$
q ult = cN C + 0.5 Bγ N γ + γ DN q qult
>Capacidad de carga ultima
C>Co)esion del maci#o rocoso N q
= N
2
ϕ
2
N ϕ
ϕ = tan 45 + 2 1
N C
= 2 N ( N − 1) 2 ϕ
2
ϕ
%> /rofundidad de desplante γ
>/eso volum-trico de la roca
ϕ
>?ngulo de friccion interna del maci#o rocoso
B>?nc)o de la cimentación El caso b4 se presenta cuando existe un maci#o sedimentario" de comportamiento plstico o d
q ult
= cN C + 0.5 Bγ N
γ
Fodos los t-rminos previamente definidos
/ara el caso c4" de falla por compresión de las columnas de roca y comportamiento plstico" el espaciamiento de las discontinuidades )ace !ue pueda tomar la capacidad
= 2c * tan 45 + ϕ 2
0i el maci#o tiene espaciamientos a
= 0.5 Bγ N + γ DN q γ
/ara el caso d4 donde se presentan juntas verticales por debajo de la #ona de contacto o incluso cavidades de poca profundidad" se utili#an dependiendo de la geometría de la #apata" las siguientes fórmulas$ /ara secciones circulares: q ult
= J c N Cr
/ara secciones cuadradas: q ult
= 0.85 J c N Cr
/ara secciones corridas 3.GB5H4:
qul t =
J c N Cr 2 .2
+ 0.18
L B
/ara la estimación de los valores de Ic y @cr se utili#an las grficas
4.3.
Cimentaciones profundas:
0e deben tener en cuenta las siguientes condiciones: .a capacidad de carga se deriva de la resistencia por punta
.a capacidad de carga se deriva de la ad)erencia entre el concreto y la roca a lo largo del rea lateral de contacto" tambi-n llamada resistencia al fuste
Métodos de tipo
qa
= F * q k 0
En la literatura existen un gran n
muestra de roca inalterada del maci#o
elevado a una potencia
k
!ue tambi-n suele asignarse empíricamente$ ?lgunos autores asumen linealidad en la ecuación por lo !ue
k = 1
$ En la tabla 9" se
muestran las variaciones a la ecuación de acuerdo al autor asumiendo linealidad$
Tabla 1 Resumen mtodos !ue utili"an un factor # sin e$%onente en el valor de la resistencia a la com%resión unia$ial de la roca &'asado en (errano) Olalla # *u+re" 2,1,
.os valores de varían de acuerdo a las características del maci#o rocoso así como de la geometría de la pila en algunos casos$ En el caso de OK@eill y Reese se usa un valor de H si el empotramiento es menor a un dimetro o H$6 si es mayor de 9$6 dimetros y )ay roca sana en H dimetros bajo la punta$
En los m-todos donde toman el parmetro osea !ue no se acepta la linealidad" en la mayoría de las veces este parmetro es igual a 7$6$ %e ests podemos bsicamente destacar dos debido a su reciente publicación y uso !ue son las siguientes:
Tabla 2 Resumen mtodos !ue utili"an un factor # con e$%onente en el valor de la resistencia a la com%resión unia$ial de la roca
-. onsideraciones # Recomendaciones en la construcción Como sabemos" el proyecto y dimensionamiento de una cimentación en roca" no termina con la reali#ación de planos sino !ue se pueden presentar modificaciones durante el periodo constructivo a medida !ue la exposición en masa del maci#o rocoso va revelando sus características reales con una visión !ue en ocasiones no se ven en los estudios previos$ /ara ello" se debe inspeccionar cuidadosamente cada actividad para !ue el comportamiento
responda
realmente
a
los
re!uerimientos previstos en el proyecto$ .a parte principal de la construcción de una cimentación es la excavación
para
la
cual
existen
varios
m-todos
aplicables" en los cuales se debe considerar tanto las características
del
maci#o
a
excavar
como
el
dimensionamiento de la cimentación$ Entre los m-todos existentes se encuentran:
•
/erforación y voladura: de los ms utili#ados para el caso de rocas" aun!ue se deben prever ciertas cuestiones como minimi#ar el da1o de la base a la )ora de reali#ar la voladura para evitar la presencia de nuevas discontinuidades o la ampliación de las ya existentes$
•
/recorte de la #ona de cimentación& con este m-todo se evita en gran medida la propagación de la onda expansiva )acia la roca madre y la inducción de tensiones dinmicas !ue fisuran el maci#o$
•
/ostcorte: se aplica a la
•
Rasgado: es un m-todo por el cual se debilita el material con ma!uinarias como excavadoras" tractores" martillos el-ctricos a modo de tener material ms trabajable y de fcil despla#amiento con cargadores frontales o camines
•
de carga$ Mediante sierras: no es una prctica com
•
m-todos$ C)orros de agua: pueden ser utili#ado para el corte de ranuras" agujeros de perforación" el recorte de líneas de excavación"
limpie#a
de
material
suelto
de
una
excavación superficie etc$ @o es muy recomendable ya !ue se necesitan altas presiones y gran cantidad de agua$
%urante la construcción de la cimentación se debe garanti#ar la estabilidad y el buen estado del sitio$ .a estabilidad fue tratada en el capítulo anterior$ En caso de alguna
suspensión temporal de la obra o periodos prolongados donde no se pueda reali#ar alg
L$ onclusiones: 1. 0e
re!uiere
siempre
un
detallado
y
preciso
levantamiento geológico y de la #ona a desarrollar" con los m-todos mencionados en el capítulo H para conocer de manera general el estado en !ue se encuentra el maci#o rocoso$ En este sentido" en M-xico" en las #onas de roca volcnica como el sur de la Ciudad de M-xico" a pesar de presentar basaltos de gran resistencia" se debe tener cuidado con las cavidades u o!uedades !ue se presentan en este tipo de roca$ En la #ona de la península de ucatn" tambi-n se deben detectar las cavidades persistentes en rocas sedimentarias y no sobreestimar la resistencia de la roca ya !ue es blanda y su comportamiento varía significativamente 2. 0e debe reali#ar la caracteri#ación del maci#o rocoso con alguna de las clasificaciones geomecnicas antes mencionadas" de preferencia el RMR o 0' para el caso de cimentaciones
3. Reali#ar muestreos y pruebas de laboratorio son necesarias para la determinación de las propiedades de la
roca
sana"
principalmente
la
resistencia
a
la
compresión simple$
4. El tratamiento del maci#o rocoso se debe reali#ar una ve# anali#ado y caracteri#ado tomando en cuenta las solicitudes del proyecto y la escala del mismo
-. /ara el clculo de capacidad de carga de los m-todos descritos en el capítulo se recomienda principalmente utili#ar el m-todo de 0errano y Olalla como principal m-todo"
y
los
de
Carter
recomendaciones abordadas
y
Nul)a*y
con
sus
así como el del manual
Canadiense de consulta o verificación y se recomienda dejar atrs los m-todos !ue solo toman en cuenta un porcentaje empírico de la resistencia a la compresión simple$
/. El clculo de asentamientos aun!ue pare#ca poco relevante" se debe reali#ar siempre y se recomienda el uso de cual!uiera de los m-todos basados en la teoría elstica$
0. .os valores de presiones admisibles nunca se deben tomar como
observó" los límites !ue se manejan en ocasiones no son los resultantes propiamente y con estos valores" se llega a )acer un dise1o sobrado o e!uívoco$
. 0e debe trabajar siempre del lado conservador a la )ora de asignar parmetros o valores empíricos" pero con medida" ya !ue tambi-n se debe cuidar costo+beneficio de la obra" por lo cual el criterio del ingeniero es fundamental$
0. 'ibliografía Das, B. M. (2014). Fundamentos de Ingenieria de
Cimentaciones. Gonzales, E. T. (2001). Ingenieria de cimentaciones,
conceptos basicos de la practica. Mexio D!" TCG Geotenia. #$%tado, D. &. (2015). Diseño de cimentaciones. 'ia" !ondo Edito%ial &.
