CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADOI. INTRODUCCIÓN Cuando la estructura transmite cargas muy altas, los momentos y fuerzas axiales son muy especiales y grandes, hay que diseñar no sólo la geometría de la cimentación, también al área de acero que pueda resistir y absorber los esfuerzos. Entonces el diseño de cimientos de concreto armado se aplica en cimientos en dónde no sólo basta usar el concreto ciclópeo y el terreno no tiene la suficiente capacidad portante. La carga de trabajo del terreno debe determinarse por medio de experiencias y sondajes a cargo de un especialista en Mecánica de Suelos. En la tabla siguiente se presentan algunos valores aproximados de la carga de trabajo para diferentes tipos de terrenos. Estos se utilizan sólo para diseños preliminares. La cimentación es la parte de la estructura situada generalmente por debajo de la superficie del terreno y que transmite las cargas al suelo ó a la roca subyacente. Si debajo de la estructura existe un terreno adecuado y suficientemente resistente se podrá usar una cimentación superficial. En caso contrario se usará una cimentación profunda o piloteada. II. JUSTIFICACION El desarrollo de este trabajo plasma objetivos principales tales como: que el alumno tenga algunos conocimientos sobre las diversas características, conceptos, tipos de cimentaciones y de los diferentes tipos de zapatas. III. OBJETIVOS Saber el concepto de cimentación y de los tipos de cimentaciones. Tener conocimiento sobre el diseño de cimentaciones y cimientos corridos de concreto simple y cimientos de concreto armado. Poder diferenciar cimientos de concreto simple y concreto armado. Tener conocimiento sobre el diseño de zapatas aisladas de concreto simple, zapatas aisladas con carga axial centrada y zapatas aisladas con carga excéntrica. IV. MARCO TEÓRICO DEFINICIONES: La cimentación es la parte estructural del edificio, encargada de transmitir las cargas al terreno , el cual es el único elemento que no podemos elegir , por lo que la cimentación la realizaremos en función del mismo . Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que nos influye en la decisión de la elección de la cimentación adecuada. TIPOS DE CIMENTACIONES Entre los diferentes tipos de cimentaciones superficiales, o sea aquellas que estén en contacto directo con el suelo, se tiene: Concreto Armado II zapata aislada. zapata combinada. Su conveniencia en determinadas circunstancias será discutida más adelante Concreto Armado II . solados o plateas. El tipo de cimentación apropiado para cada situación depende de varios factores entre los cuales se tiene: 1. y otras. que soportan individualmente las cargas transmitidas por columnas (b) cimentación armada para muros corridos. Que soporta dos o mas columnas y se les usa en caso que las columnas están en límite de propiedad o cuando no es conveniente usar zapatas aisladas (d) cimentación conectada. La profundidad de cimentación de las edificaciones vecinas. 2. mediante el uso de vigas de conexión para unir zapatas (e) cimentación excéntrica (f) cimentación continua (g) cimentación reticular (h) platea de cimentación. En La figura siguiente se muestran los diferentes tipos de cimentación: zapata de muro o cimiento corrido. 3. La resistencia y compresibilidad de los estratos del suelo. que tiene la finalidad de repartir las cargas transmitidas por el muro (c) cimentación combinada. La ubicación de la napa freática. zapata sobre pilotes y zapatas continuas. La magnitud de las cargas de las columnas. zapata conectada.(a) zapatas aisladas. 4. Que las piedras no queden amontonadas. Alternar en capas el hormigón y las piedras. Concreto Armado II . exceptuando las construcciones auxiliares como vallas de cerramiento en terrenos suficientemente resistentes. se usaba en construcciones con cargas poco importantes. Utilizando este sistema. se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se producirán deterioros. se forma una malla de cimentación. incluso las superficiales. que se depositará en el cimiento. Vigas de Cimentación: Se las emplea en suelos poco resistentes. procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras. La técnica del hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto más alto de la zanja sobre el hormigón en masa.Superficiales: Son aquellas que apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo. Cada piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormigón. el cimiento de concreto ciclópeo es sencillo y económico.1. En estructuras importantes. las cimentaciones. tales como puentes. Precauciones: • • • • Tratar que las piedras no estén en contacto con la pared de la zanja.2. para integrar linealmente la cimentación de varias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas de cimentación en dos direcciones. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5. de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas. Este es un sistema que ha quedado prácticamente en desuso. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonando para economizar material. A. Cimentaciones ciclópeas En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con parámetros verticales y sin desprendimientos de tierra. por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. se puede emplear piedra más pequeña que en los cimientos de mampostería hormigonada. Las cimentaciones superficiales se clasifican en: A. la superficie de cimentación supera el 25% del área total.3.A. Con protección especial. Cuando al diseñar la cimentación mediante zapatas aislados. para integrar superficialmente la cimentación de varias columnas. es recomendable utilizar losas de cimentación. Cuando la losa incida sobre una medianera construida. Barras a 45º. Losas de Cimentación: Se emplean en suelos poco resistentes. deberá disponerse Concreto Armado II . Pilar de borde con refuerzo a punzonamiento. Pilar central. Para valores superiores. Para losas de canto < 40 cm la anchura A de la viga de borde será A = H. Los estribos juegan un papel importante frente al posible punzonamiento que podrían originar los pilares y también ayuda a soportar la parrilla superior de armaduras. A >= 40 cm. aconsejamos disponer una viga embebida y estribada. Aunque no sea siempre necesario reforzar los bordes de las losas. Cambio de espesor superior.una plancha continua de poliestireno de 2 a 5 cm de espesor para evitar uniones que conduzcan a interferencias adicionales entre cimentaciones. Concreto Armado II . Concreto Armado II .Desnivel mayor que el canto de la losa Si el espesor B del elemento de conexión es igual que el de las losas. se recomienda no emplear valores de B menores de 0. Para valores de B inferiores al espesor de la losa se debe comprobar la unión. trabajando el conjunto de una manera continua sin riesgos dignos de mención. dicho cambio puede establecerse prácticamente en cualquier línea.40 m. Crucetas estribadas.Pilar de borde con refuerzo a punzonamiento. Con protección especial. Concreto Armado II . Crucetas estribadas.Pilar central con refuerzo a punzonamiento. Concreto Armado II . Concreto Armado II .Viga perimetral de borde Pilar de borde sobre viga perimetral. Hormigonado contra el terreno. Pilar de borde con refuerzo a punzonamiento. Barras a 45º. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE CIMIENTOS DE CONCRETO ARMADO Presión del Suelo Cada tipo de terreno tiene sus características propias y reacciona ante cargas externas de distintos modos. Algunos de los factores que influyen en la distribución de la reacción del terreno son: la flexibilidad del cimiento respecto al suelo. en la figura se presenta la distribución de la presión para dos tipos de suelos: granular y cohesivo. Por ejemplo. Hormigonado contra el terreno. En el terreno granular se aprecia que la presión en los bordes de la cimentación es menor que en la zona central debido a la presión ejercida por las cargas aplicadas tiende a desplazar el suelo en los extremos lo cual disminuye la Concreto Armado II . el nivel de cimentación y el tipo de terreno. Cimentación con carga excéntrica En las zapatas cargadas excéntricamente. Si ésta es elevada. En el suelo cohesivo. la presión en los extremos de la zapata es: P 6e q1. no es práctico considerar la distribución real de la reacción del suelo. Estas suposiciones conllevan a que la distribución de la reacción del suelo. la fuerza ejercida por el peso propio del terreno impedirá que el suelo se desplace. P: Caiga axial. por el contrario. la reacción del suelo no es uniforme y tiene una distribución que puede ser trapezoidal o triangular. excepto en terrenos cohesivos como limos o arcillas plásticas. consideración que ha demostrado dar resultados conservadores. Concreto Armado II . En el diseño. L: Dimensión de la cimentación paralela a la dirección de análisis. La cimentación es rígida. 2.reacción. La distribución en este caso es triangular como la mostrada en la figura 2.3. Este desplazamiento depende de la profundidad de cimentación. Si la excentricidad es mayor que L/6 parte de la cimentación no recibe ninguna reacción va que no puede existir esfuerzos de tracción entre terreno y zapata. El suelo que circunda el área cargada ejerce una fuerza de soporte sobre ella por efecto de la cohesión y por ello la reacción se incrementa. la presión en el suelo es: Si la excentricidad es pequeña. la presión en los bordes de la cimentación es mayor que en la sección central. 2 = 1 ± SL L donde: q Presión en los extremos de la zapata. menor que L/6. por lo que se asumen dos hipótesis básicas: 1. Dependiendo de la excentricidad de la carga. elástico y aislado del suelo circundante. El suelo es homogéneo. e: Excentricidad de la carga axial. frente a las cargas transmitidas por la columna sea lineal. S: Dimensión de la cimentación perpendicular a la dirección de análisis.c. La excentricidad que causa esta condición se denomina e corno se muestra en la figura. En la práctica. la presión en el extremo de la cimentación será q= 2P 3S L − e 2 ( ) Esta expresión es aplicable hasta que la excentricidad es igual a L/2 situación bajo la cual se produce el volteo de la cimentación. En la mayoría de los casos. la excentricidad máxima a que puede estar sometida la zapata es: Si se presenta excentricidad en dos direcciones. la “fluencia del suelo” bajo el extremo de la zapata puede hacer que ésta se inutilice.5. Asumiendo que el suelo falla a una presión qf = 2. 2. sólo se presenta en roca o suelos muy duros. Bajo las condiciones presentadas.Para garantizar el equilibrio deben cumplirse dos condiciones: 1. La resultante de la presión del suelo debe ser igual a la carga proveniente de la columna para satisfacer el equilibrio de fuerzas verticales.5qs se tiene: Considerando un factor de seguridad de 1. Esta condición se presenta cuando la presión en el extremo comprimido causa la falla del suelo. las presiones en las esquinas de la zapata serán: Concreto Armado II . produciendo una situación equivalente al volteo. La línea de acción resultante de la reacción del suelo debe coincidir con la línea de acción de la carga excéntrica de la columna de modo que no se presente momento resultante por la excentricidad. Cuando eso llega a suceder. Este tipo e Concreto Armado II . e2: Excentricidad en la dirección paralela a S.4 = 6e P 1 ± 1 ± 6e 2 SL L donde: e1: Excentricidad en la dirección paralela a L. trabajando a flexión en un solo sentido y el armado de tensión se colocara perpendicular al muro. En estos casos.3. recibe el nombre de zapata corrida. Ortogonalmente con el armado de tensión. se sigue un procedimiento de iteraciones sucesivas para la determinación de la distribución de presiones en el suelo. permitiendo además. es evidente que parte de la zapata se ha desprendido del suelo y por lo tanto. figura: Al aumentar mas y mas las cargas. Si el cimiento es para el muro (cimiento corrido). centrándola con la tuerca P para tener una reacción uniforme. Cuando la excentricidad es grande y es posible. se colocara una armadura de fraguado y de temperatura capaz de absorber las contracciones y dilataciones de la pie. fijar en su posición ambos armados mientras se realiza el colocado de la zapata. 1a expresión anterior (12-4) pierde validez.2. una de las esquinas de la zapata resulta sometida a tracción. se tendrán que aumentar los también anchos de las zapatas hasta llegar al punto en que se juntarían todas ellas. conviene mas apoyar la estructura sobre una losa.q1. Si empleando la expresión anterior. conviene hacer la zapata excéntrica con la columna. 4. figura: CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO El diseño de cimentaciones involucra una serie de etapas las cuales se enumeran a continuación: 1. 5. Cálculo del refuerzo por flexión o refuerzo longitudinal. Por ejemplo: (a) en lo posible debe evitarse construir una estructura sobre suelos de calidades diferentes. se les puede diseñar aplicando las teorías conocidas para vigas o losas de concreto armado. Por consiguiente. Los métodos de diseño son dos: método por cargas de servicio y método a la rotura.cimentaciones se denomina plataforma corrida de cimentaciones o losa corrida de cimentaciones. Verificación de la conexión columna-zapata o muro-zapata. resistencia del terreno y calidades de materiales que comúnmente se utilizan en ala práctica. se aplicaron los siguientes principios generales: Concreto Armado II . En cuanto al diseño en sí de las cimentaciones. ANÁLISIS Y DISEÑO Para la obtención de ábacos. estas se tratan como vigas apoyadas o en voladizo sometidas a las presiones del terreno (como cargas repartidas). (c) las vigas de cimentación deben ser suficientemente rígidas. Verificación del corte por flexión y por punzonamiento. 3. 2. En este proceso. (e) considerar los efectos de construcciones vecinas y variaciones del suelo. Cuando se proyecta una cimentación deben considerarse asimismo otros factores. Estas losas trabajan apoyadas en las contratrabas. En este estudio se ha usado el método a la rotura. (b) es recomendable usar el mismo tipo de cimentación. primeramente se han desarrollado programas de cómputo para el análisis y diseño de cada uno de los tipos de cimentación considerada. Estos programas han sido procesados para intervalos de carga. Determinación de la reacción amplificada del suelo. (d) debe acortarse el largo de la edificación para evitar asentamientos diferenciales. Ambos consideran factores de seguridad adecuados. Determinación de la presión neta del suelo y dimensionamiento de la zapata. 5.8 para carga viva. En el diseño se realiza una verificación de las secciones críticas debido a efectos de flexión.675 que debe multiplicarse al valor de la carga total de servicio.- En los ábacos se optó por considerar como eje de entrada la carga axial de las columnas. Se consideró una resistencia del acero de fy = 4200 Kg/cm2 y calidades de concreto de f’c = 175. obteniéndose así un diseño di recto de las cimentaciones cuando no se consideran los momentos flectores. - - - - - - ZAPATAS: Las zapatas son cimentaciones superficiales o directas. Qt. ya que por intermedio de simples interpolaciones o por el uso de coeficientes de modificación se podrán resolver otros casos. Los tipos de zapatas pueden ser: Clasificación de Zapatas Concreto Armado II . en lugar de los coeficientes 1. se establece basándose en los principios de la mecánica de suelos. las cargas últimas se obtienen usando un coeficiente ponderado de carga K = 1. es posible tomar en cuenta estos valores a través de un proceso gráfico analítico que consiste en obtener una carga axial equivalente. Como en el diseño se usa el método de le rotura. El dimensionamiento de los elementos se realiza usando las cargas totales (muerta + viva) de servicio y las presiones admisibles del terreno.0017. En cimentaciones conectadas y combinadas se utilizó una cuantía igual a 0. 210 y 280 Kg/cm2. cimientos corridos y cimentaciones excéntricas fue igual a 0. dependiendo del modelo de cimentación. de forma permanente. En cimentaciones combinadas y cimentaciones conectadas se asumió que la carga soportada por la columna exterior es aproximadamente el 65 % de la carga que soporta la columna interior. la estabilidad de la obra que soporta.0020 . corte y punzonamiento que es bastante importante sobre todo en el caso de zapatas aisladas. Debe mencionarse también que en las cimentaciones conectadas se utilizó una relación largo . vigas apoyadas o vigas continuas que soportan las presiones del terreno que son cargas distribuidas. como toda cimentación ha de garantizar. Se consideró resistencia del terreno desde 1 Kg/cm 2 hasta 4 Kg/cm2. La cuantía mínima de acero empleada en zapatas aisladas. Los elementos se analizan como vigas en voladizo. Las consideraciones antes mencionadas no significan que se restringe el diseño para determinadas situaciones. Sin embargo. La capacidad portante del suelo.5 para carga muerta y 1. Se considera que las columnas por cimentar son de sección transversal cuadrada.ancho de la zapata exterior igual a 2. En la armadura se utilizan barras de un diámetro mínimo del orden de 12 mm para evitar corrosiones. y deesa manera se evita que el cimiento se abra (armadura de reparto). suele oscilar entre 50 y 100 kg/m3. Zapata Rígida: La Zapata Rígida se suele armar con una carga de hierro de alrededor de 25 a 40 kg/m3. este elemento constructivo responde de distinta manera a las cargas que inciden sobre él. circulares y poligonales. Zapata Maciza (hormigón en masa) La zapata maciza solo trabaja a la compresión. se encuentra sometida tanto a esfuerzos de compresión como de tracción. Aisladas. El recubrimiento mínimo es de 8 cm. La armadura reparte los esfuerzos de tracción producidos en la zona inferior de la zapata. Esta sección suele usarse más en zapatas o cimentaciones continuas que en zapatas aisladas.• Por la relación entre sus dimensiones (lo que condiciona su forma de trabajo). Las Zapatas Combinadas: Concreto Armado II . cuadradas. Es una zapata que no necesita ir armada. Por su forma de trabajar: Combinadas. Arriostradas. por sus dimensiones. Por la forma: Rectangulares. Zapata Flexible : La Zapata Flexible. De acuerdo a la sección o canto de la zapata. aunque puede colocarse una pequeña armadura si la carga lo requiere. Continuas. Aunque la cantidad de armadura depende del terreno y de la carga que soporta el cimiento. Por lo cual requiere de determinadas dimensiones y la necesidad a veces de ir armado. o en algunos casos. Armado de la parte inferior: Se realiza un mallazo conformado por cruzadas. la distancia entre zapatas resulte pequeña. Barras: Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes. la separación entre barras no ha de superar los 30 cm. hasta pueden llegar a superponerse. de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. entre 5 a 10 cm. Zapatas Aisladas: Zapata en proceso de Hormigonado Las Zapatas Aisladas son un tipo de Cimentación que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares. barras Recubrimiento para evitar corrosiones: Separación de las armaduras.Puede que al predimensionar los cimientos. ante posibles corrosiones. del borde y del fondo de la zapata. mínimo del 12. dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características del terreno. Concreto Armado II .