domingo, 26 de febrero de 2012

Zapata sobre un suelo arcilloso (Ejercicio 01)


Ejemplo 01 de calculo de una zapata situada en un estrato de suelo cohesivo, tipo
arcilloso, con estos datos de partida del proyecto y de un estudio geotecnico:
=============================================================================


canto de la zapata                                      h =    1.15 m.
profundidad del plano de apoyo de la zapata             z =    1.65 m.
carga sin mayorar                                       P = 1450.00 kN
peso especifico del hormigon                           xh =   25.00 kN/m3
coeficiente de seguridad                                F =    3.00


El estudio geotecnico nos da los siguientes datos referidos al terreno:
peso especifico del relleno                         p.e.r =   17.50 kN/m3
peso especifico de la arcilla saturada          p.e.a.sat =   20.50 kN/m3
resistencia a compresion simple de la arcilla saturada qu =  118.00 kN/m2
angulo de rozamiento de la ar.sat. a largo plazo    a.r.l =   28.00 grados
cohesion efectiva a largo plazo                        c1 =    5.00 kN/m2


Se pide calcular el lado B de la zapata para que el coeficiente de seguridad F > 3
con relacion a la presion neta de hundimiento qh que se calculara despues.
No se tienen en cuenta las dimensiones del pilar.
......................................


Dimensionado para tensiones producidas a corto plazo
Presion inicial en la base de la zapata (q): sera  el producto del peso
especifico del terreno que tenemos sobre la base de la zapata (p.e.r) por
la altura de ese terreno (z): q=p.e.r*z= 28.875 kN/m2


Presion de trabajo: Es la presion sobre la base de la zapata una vez
terminada la obra, es decir la suma de larga, sin mayorar, el peso por
m2 del relleno y el peso por m2 de la propia zapata:
q.t=P/B^2 + h*xh + (z-h)*p.e.r  = 1450/B^2 + 37.5 kN/m2


Presion de trabajo neta (p.t.n): es la diferencia entre la presion de
trabajo (p.t) y la presion inicial en la base de la zapata (q):
p.t.n= p.t - q = 1450/B^2 + 37.5 - 28.875 kN/m2


Presion de hundimiento neta a corto plazo: Es el producto de un
coeficiente de la formula de Terzaghi Nc corregido por el factor 1.2
y la cohesion a corto plazo cu. Esta ultima es la mitad de la compresion
simple a corto plazo que nos dara el estudio geologico
p.h.n = 1.2*Nc*cu = 1.2*Nc*qu/2
Aqui Nc se obtiene suponiendo un angulo de rozamiento cero
y su valor es: Nc = pi + 2 =    5.14 kN/m2
La presion de hundimiento neta a corto plazo seria =
1.2 * 5.141592 * 118/2 =  364.02 kN/m2


Presion admisible neta (p.a.n):  es la presion de hundimiento neta,
calculada antes, dividida por el
coeficiente de seguridad (F):  p.a.n = p.h.n/F =  121.34 kN/m2


Para calcular las dimensiones de la base de la zapata debemos igualar
la presion admisible neta a la presion de trabajo neta:
 121.34 = 1450/B^2 + 37.5 -   28.88
el lado de la zapata debe ser como minimo =    3.59 m
redondeamos esa medida al alza y quedara:
por lo que la base de la zapata medira B x B =  3.70 m x  3.70 m


Ahora debemos comprobar a largo plazo el coeficiente de seguridad:


Calculamos la presion de trabajo con las nuevas dimensiones corregidas:
q.t.c = P/(B*B)+h*xh + (z-h)*p.e.r
q.t.c = 1450/(3.7 * 3.7) + 37.5 =  143.42
y la presion neta de hundimiento a largo plazo, segun formula de Terzaghi:
qh = 1.2*cl*Nc + q*Nq + 0.3*B*p.e*Ny
Antes de seguir adelante aclararemos algo  esta formula: Nc, Nq y Ny
son tres coeficientes propios de esa formula. Se calculan con
e=2.718281828459 y pi=3.141592, asi:
Nq = (tan(pi/4 + a/2))^2 * e^(pi*tan(a)) =   14.72
Nc = (Nq-1)*(1/tan(a))                   =   25.80
Ny = 1.5*(Nq-1)*tan(a)                   =   10.94
en estas formulas a es el angulo de rozamiento en radianes,
es decir a=a.r.l*pi/180


Con estos coeficientes calculamos la presion neta de hundimiento (qh),
donde cl es la cohesion efectiva a largo plazo segun el estudio geotecnico,
q es la presion inicial calculada antes, y p.e es el peso especifico del
terreno de la base de la zapata sin saturar, es decir quitandole
10 kN/m3 al peso especifico saturado (p.e.a.sat):
qh = 1.2 *  5.00 * 25.80 + 28.88 * 14.72 + 0.3 * 3.7 * (20.5-10) * 10.94 =  707.39 kN/m2


el coeficiente de seguridad a largo plazo sera:
F.l = presion neta de hundimiento a largo plazo / presion de trabajo idem =
 qh/q.t.c =  4.93



No hay comentarios: