Capítulo 03 GENERALIDADES CIMIENTOS CORRIDOS ZAPATAS AISLADAS ZAPATAS COMBINADAS ZAPATAS CON
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Capítulo
03
GENERALIDADES CIMIENTOS CORRIDOS ZAPATAS AISLADAS ZAPATAS COMBINADAS ZAPATAS CONECTADAS VIGAS DE CIMENTACION PLATEAS DE CIMENTACION EJEMPLOS
Cimentaciones 3.1.
GENERALIDADES
Se llama cimentación al elemento estructural que transmite las cargas de las columnas y muros al terreno. La resistencia del suelo es menor que la resistencia del concreto, por ello, la cimentación tiene mayor área que su respectiva columna o muro para así reducir los esfuerzos que se transmiten al terreno. El terreno debe trabajar bajo una carga tal que no se altere su estado de equilibrio, o sea, que no se produzcan deformaciones o asentamientos perceptibles que repercutan en los diferentes elementos de la estructura, produciéndoles tensiones parásitas para las cuales no han sido diseñados. Todos los suelos se comprimen al someterlos a cargas y causan asentamientos en la estructura soportada. Los dos requisitos esenciales en el diseño de cimentaciones son, que el asentamiento total de la estructura esté limitado a una cantidad tolerablemente pequeña y que, en lo posible, el asentamiento diferencial de las distintas partes de la estructura se elimine. La interacción suelo‐cimiento es importante para el cálculo de la cimentación y a la vez depende fuertemente de las deformabilidades relativas del suelo y del cimiento. Desgraciadamente nuestros conocimientos sobre el cálculo de esas deformaciones son escasos todavía. Frecuentemente se piensa que esta falta de conocimientos es importante en lo que se refiere al suelo, pero en lo que se refiere a la estructura nuestros métodos de cálculo son satisfactorios. Esto no es así y la parte relativa al cálculo de las deformaciones en las estructuras de concreto es todavía insuficientemente conocida. Por otra parte, con frecuencia las estructuras de cimentación son altamente hiperestáticas y su cálculo preciso resulta muy complejo y raras veces posible. El ordenador ha venido a suministrar una gran ayuda para muchos casos, pero no debe olvidarse que el conocimiento todavía imperfecto de las características del suelo, de las del concreto y de las piezas de concreto estructural, hacen ilusorio el pretender una gran precisión en los resultados. Por todo ello, el proyectista de cimentaciones ha de ser especialmente cuidadoso con los métodos de cálculo que elija y prudente al aplicarlos. Con respecto al posible daño estructural, la eliminación de asentamientos distintos dentro de la misma estructura es incluso más importante que los límites impuestos sobre el asentamiento uniforme global. Para limitar los asentamientos de la manera indicada, es necesario:
Transmitir la carga de la estructura hasta un estrato de suelo que tenga la resistencia suficiente. Distribuir la carga sobre un área suficientemente grande para minimizar las presiones de contacto.
Cimentaciones
3.2.
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS
Cuando a nivel de la zona inferior de la estructura o próxima a él, el terreno presenta características adecuadas desde los puntos de vista técnico y económico para cimentar sobre él, la cimentación se denomina superficial o directa. Las cimentaciones superficiales están constituidas por zapatas, vigas, muros y placas o por combinaciones de estos elementos. Si el nivel apto para cimentar está muy por debajo de la zona inferior de la estructura, la excavación necesaria para proceder a una cimentación directa sería muy costosa y se recurre a una cimentación profunda, constituida por pilotes. A veces, el suelo de cimentación se encuentra a niveles intermedios entre los considerados y se recurre a la cimentación por pozos.
3.3.
TIPOS DE CIMENTACIONES
El tipo de cimentación apropiado para cada situación depende de varios factores, entre los cuales se tiene:
La resistencia y compresibilidad de los estratos del suelo. La magnitud de las cargas de las columnas y muros. La ubicación de la napa freática. La profundidad de cimentación de las edificaciones vecinas.
Ing. Ovidio Serrano Zelada
Diseño de Estructuras de Concreto Armado
3.4.
PRESIÓN DEL SUELO
Cada tipo de terreno tiene sus propias características 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, el nivel de cimentación y el tipo de terreno.
3.5.
CARGAS, PRESIONES DE CONTACTO Y DIMESIONES DE LA CIMENTACION
Las presiones de contacto admisibles se determinan a partir de los principios de la mecánica de suelos, con base en ensayos de carga y otras determinaciones experimentales. Las presiones de contacto admisibles σN (esfuerzo neto) para cargas de servicio se escogen de tal forma que se tenga un factor de seguridad entre 2.5 y 3.0 para que no se exceda la capacidad portante del suelo particular y que los asentamientos se mantengan dentro de unos límites tolerables. Para zapatas cargadas concéntricamente, el área requerida se determina a partir de:
Además, la mayor parte de los códigos permiten un incremento del 30% en la presión admisible cuando se incluyen los efectos de viento W de sismo E, en cuyo caso:
1.3
1.3
Se debe observar que los tamaños de las zapatas se determinan para cargas de servicio y presiones del suelo sin amplificar, en contraste con el diseño a la resistencia de elementos de concreto reforzado, en el cual se utilizan cargas mayoradas y resistencias nominales reducidas.
/
Donde: σN = Esfuerzo neto del suelo σt = Capacidad portante del suelo s/c = Sobrecarga sobre el suelo hf = Profundidad de cimentación hasta el nivel de piso terminado γprom = Peso específico promedio del suelo y del concreto, aproximadamente 2.00 Tn/m3.
Ing. Ovidio Serrano Zelada
Cimentaciones
3.6.
DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES a.
Carga aplicada sin momento La carga aplicada no tiene excentricidad. La distribución de presiones se considera constante y uniforme (para fines de diseño). La presión se evalúa como:
Donde: Ps = Carga de Servicio Az = Área de la zapata (B*L) σ = esfuerzo en el terreno
b.
Carga aplicada con momento en una dirección.‐
Caso 1: Excentricidad eL/6 En este caso teóricamente se producen tracciones y debe conseguirse el equilibrio de la carga con las compresiones generadas. La presión se evalúa como: 2 3
2
Ing. Ovidio Serrano Zelada
Cimentaciones c.
Carga aplicada con momento en dos direcciones.‐
Mx = Ps*ex My = Ps*ey Mx = Momento en la dirección x My = Momento en la dirección y
Las presiones se evalúan como:
3.7.
6
6
6
6
6
6
6
6
Æ 0.10PS Æ 0.15PS Æ 0.20PS
ANALISIS Y DISEÑO DE CIMENTACIONES
Las zapatas deberán dimensionarse para transmitir al suelo de cimentación una presión máxima que no exceda a la especificada en el Estudio de Mecánica de Suelos. Se considerarán para este fin las cargas y momentos de servicio (sin amplificar) en la base de las columnas. Las solicitaciones que se transfieran al suelo se deberán verificar para las distintas combinaciones de carga actuantes sobre la estructura. En el caso de zapatas con pilotes, éstas se dimensionarán de acuerdo al número de pilotes requerido. En el cálculo de las presiones de contacto entre las zapatas y el suelo no se deberán considerar tracciones. A menos que el Estudio de Mecánica de Suelos no lo permita, se podrá considerar un incremento del 30% en el valor de la presión admisible del suelo para los estados de carga en los que intervenga sismo o viento. Las columnas o pedestales de forma circular o de polígono regular, podrán considerarse como columnas cuadradas con la misma área para efectos de la localización de las secciones críticas para diseño por flexión, cortante o longitud de anclaje del refuerzo en las zapatas.
Ing. Ovidio Serrano Zelada
6
PORCENTAJES A CONSIDERAR COMO PESO DE LA CIMENTACION σt>=2.0 kg/cm2, 1.0