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UNIVERSIDAD LAICA “ELOY ALFARO” DE MANABÍ FACULTAD CIENCIAS E INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO CIMENTACIONES

DOCENTE: ING. YURI RODRÍGUEZ ANDRADE AUTOR: PINTO RIVERO JOSE MERCHAN POSLIGUA CARLOS

CURSO: SEXTO “A”

PERÍODO 2018-(1)

FECHA DE ENTREGA: 13 DE JULIO DEL 2018

Índice INTRODUCCIÓN .....................................................................................................................3 OBJETIVOS .............................................................................................................................4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 4 MARCO TEORICO ..................................................................................................................5 LOSAS DE CIMENTACION .....................................................................................................5 DISEÑO DE LOSA ......................................................................................................................... 7 ESPESORES MÍNIMOS ..........................................................................................................7 ESTRUCTURA ........................................................................................................................8 Finalidad de la cimentación ........................................................................................... 8 CLASIFICACIÓN DE LAS LOSAS DE CIMENTACIÓN .................................................................. 9 Pasos para el diseño de una Losa de Cimentación (Teórico) ........................................ 10 Conclusión .................................................................................................................. 15 Bibliografía .................................................................................................................. 15

INTRODUCCIÓN La ingeniería es un campo en donde la creatividad, el razonamiento, el análisis y la selección son fundamentales para la solución de problemas o interrogantes en las actividades humanas. Así, la creatividad, el razonamiento y el análisis deben ser aplicados por el ingeniero a la hora de elaborar una cimentación para una estructura determinada. Debe observar el tipo suelo como parte del problema por resolver y con responsabilidad, analizar cada una de sus características para seleccionar el tipo de cimentación adecuada. Toda estructura realizada por la ingeniería civil necesita un medio de soporte para transmitir las cargas de su propio peso, así como las causadas por acciones temporales o bien por efectos naturales, como el sismo y el viento. A este medio se le denomina cimentación, y es un elemento estructural que garantiza la estabilidad de la edificación. La cimentación es un elemento importante para el desempeño estructural de la obra civil, ya que es la encargada de transferir las acciones o cargas presentes en ella. Además debe ser capaz de resistir los asentamientos que se presenten. Por lo tanto, debe cumplir con algunos requisitos como: la transferencia de los esfuerzos y el control de las deformaciones, los cuales son regulados por los códigos vigentes de los respectivos lugares en donde se realice la construcción. Por existir diferentes tipos de suelos, con características particulares, el profesional responsable del diseño debe analizar y recurrir al sistema de cimentación más adecuado para el sitio donde se construya la obra.

OBJETIVOS 

Conocer los alcances básicos de las losas de cimentación



Describir los principales problemas en la construcción de las cimentaciones.



Identificar las patologías más conocidas en cimentaciones.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

Investigar sobre lo que es una losa de cimentación. Establecer la finalidad de una losa de cimentación.

MARCO TEORICO LOSAS DE CIMENTACION La cimentación es el elemento estructural encargado de transmitir una carga al suelo o roca donde se encuentre la estructura. Esta parte de la estructura comúnmente está por debajo del nivel del terreno y transmite la carga directamente a un estrato resistente. En las construcciones con acero, mampostería o concreto, se distinguen dos tipos: las cimentaciones superficiales y las cimentaciones profundas. Esta clasificación se da debido a la profundidad a la que se encuentre la subestructura. Las cimentaciones superficiales son aquellas en las que la relación nivel de desplante ancho del cimiento. Dentro de estas se pueden encontrar las placas aisladas, las placas corridas y las losas de cimentación Una losa de cimentación es un elemento que se acostumbra que sea rígido, abarcando toda el área de la estructura y soportando las cargas transmitidas por las columnas y los muros. Estas son comunes en suelos con baja capacidad de soporte o cuando se requiere restringir los asentamientos diferenciales. La rigidez de la losa es proporcionada por el conjunto de vigas y losas.

Las Cimentaciones por Losa, también conocidas como Cimentaciones por Placa o Plateas de Fundación, son aquellas Cimentaciones Superficiales que se disponen en plataforma, la cual tiene por objeto transmitir las cargas del edificio al terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente. Además consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendida a una superficie tal que tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola por ella no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. 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. En casos de terrenos de poca resistencia para cimentación (inferior a 1 kg/cm2), puede ocurrir que las zapatas de los pilares aislados tiendan a juntarse. La cimentación por losa es una buena solución cuando: 

La construcción posee una superficie pequeña en relación al volumen (rascacielos, depósitos, silos).



La base de cimientos calculada resulta tal que la transmisión de carga a 45º representa una profundidad excesiva.



El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles asientos irregulares



El terreno de asiento es flojo y de gran espesor y los pilotes a colocar serían exageradamente largos.

DISEÑO DE LOSA Estas losas llevan una armadura principal en la parte superior para contrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea, y una armadura inferior, debajo de las paredes portantes y pilares, para excluir en lo posible la producción de flechas desiguales. El diseño de la losa puede ser continua, con un mismo espesor, de sección constante; o también, una losa más delgada con refuerzos en los apoyos de los pilares mediante capiteles en forma de setas invertidas; de allí viene la denominación de fungiformes. Pueden ser también vigas longitudinales y transversales que enlazan los apoyos portantes que sopor tan una losa más delgada. El tipo de cimentación será elegido en base a:



Un análisis que contemple la naturaleza de la edificación y las cargas a transmitir.



Las condiciones del suelo o roca basados en parámetros obtenidos de ensayos de campo y laboratorio.



Las teorías a emplearse en la determinación de la capacidad admisible. Los costos que representen cada una de las alternativas estudiadas.

ESPESORES MÍNIMOS La cimentación en losa debe tener un canto mínimo de 30 cm. sobre base de hormigón pobre o de limpieza. Aunque habitualmente las losas tienen unos cantos que van desde 50 a 120 cm, según el tipo de edificio que soportan. Las Cimentaciones por Losa actúan a través de una superficie de apoyo continua que iguala las presiones y forma un arriostramiento en todos los puntos de apoyo.

ESTRUCTURA Estas cimentaciones se construyen en hormigón armado preparado para reducir los posibles asientos. Esta estructura responde en forma óptima en suelos con estratos sensiblemente homogéneos y cuando el edificio reparte los esfuerzos sobre la losa con una retícula que guarda simetría geométrica. Esta alternativa

se

da

a

través

de

la disposición

en

plataforma

o

tablero de cimentación que transmite las cargas del edificio al terreno mediante una superficie igual o superior a la de la obra. Puede conseguirse máxima rigidez con poco consumo de material procediendo tal y como es frecuente en los forjados de piezas huecas: envolviendo en hormigón un sistema de piezas huecas o de relleno.

Finalidad de la cimentación La finalidad de la Losa de cimentación es sustentar estructuras garantizando la estabilidad y evitando daños a los materiales estructurales y no estructurales. Estas se utilizan para varios casos, uno de los cuales es cuando la carga de la edificación es tan alta que las zapatas aisladas y zapatas corrida no podrían soportar el peso o su empleo sería ineficaz. Además, la losa de cimentación tiene como finalidad reducir los asentamientos variables causados por la construcción en suelos no homogéneos o distribución de carga irregular en la Zapata. Clasificación de cimentaciones: Estas pueden ser: Superficiales Profundas Especiales Son superficiales cuando transmiten la carga al suelo por presión bajo su base sin rozamientos laterales de ningún tipo. Un cimiento es superficial cuando su anchura es igual o mayor que su profundidad. engloban las zapatas en general y las losas de cimentación. Los distintos tipos de cimentación superficial dependen de las cargas que sobre ellas recaen. Son profundas aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base.

CLASIFICACIÓN DE LAS LOSAS DE CIMENTACIÓN Dentro de esta se encuentra una gran variedad, pero usualmente se emplean las siguientes: Losa de cimentación con espesor uniforme: Se caracteriza por sólo tener los refuerzos de acero y el espesor determinado por los cálculos sin ningún tipo de alteración.

Losa de cimentación aligerada: Este tipo de losa se caracteriza por disminuir el volumen de concreto a utilizar, debido a que sólo se emplea el espesor determinado en las secciones críticas determinadas en el diseño; el resto se disminuirá hasta donde permita el esfuerzo cortante involucrado en el diseño.

Losa de cimentación nervurada: A diferencia de la losa aligerada aquí sólo se emplean vigas, las cuales corren sobre los ejes eje X e Y generando así cajones entre columnas. Con esta forma se disminuye mucho más el volumen de concreto a utilizar.

Pasos para el diseño de una Losa de Cimentación (Teórico) 1. Como primer punto dejamos planteados los datos, de cargas axiales y coordenadas de la misma, partiendo de un plano, comúnmente elaborado en el

PUNTOS INTERMEDIOS

PUNTOS INTERMEDIOS

COLUMNAS

programa de diseño AUTOCAD

Ejes

Coordenadas y (m)

Coordenadas x (m) Eje A

Coordenadas x (m) Eje B

Coordenadas x (m) Eje C Coordenadas x (m) Eje D

1

18,80

0,00

6,00

14,00

20,50

2

13,30

0,00

6,00

14,00

20,50

3 4

6,50 0,00

0,00 0,00

6,00 6,00

14,00 14,00

20,50 20,50

Coordenadas x (m) Coordenadas x (m) Coordenadas x (m) Coordenadas x (m) Eje A Eje B Eje C Eje D

Pto

Coordenadas y (m)

12

16,05

0

6,00

14,00

20,50

23

9,90

0

6,00

14,00

20,50

34

3,25

0

6,00

14,00

20,50

Pto

Coordenadas y (m)

11 22 33 44

18,80 13,30 6,50 0

Coordenadas x (m) Eje AB 3,00 3,00 3,00 3,00

Coordenadas x (m) Eje BC 10,00 10,00 10,00 10,00

Coordenadas x (m) Eje CD 17,25 17,25 17,25 17,25

2. Calculamos la Ubicación de la Resultante CM

1891 Tn

CV R

644 Tn

2535 Tn

3. Procedemos con los Esfuerzos en el suelo Fórmula General

Donde

Mxx Myy

14,60 459,75

qs

5,73

0,026

0,0009706

4. Cargas Ultimas y Esfuerzos Últimos con su respectivo resumen Mxx Myy qs

Pu

19,0036 598,419 7,458746

0,03384563 0,0012633

3299,6

Punto A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4

Punto A12 A23 A34 B12 B23 B34 C12 C23 C34 D12 D23 D34

Esfuerzos en ejes de columnas Coordenadas qs (t/m2) x (m) y(m) -10,25 9,40 7,12 -10,25 3,90 7,12 -10,25 -2,90 7,11 -10,25 -9,40 7,10 -4,25 9,40 7,33 -4,25 3,90 7,32 -4,25 -2,90 7,31 -4,25 -9,40 7,30 3,75 9,40 7,60 3,75 3,90 7,59 3,75 -2,90 7,58 3,75 -9,40 7,57 10,25 9,40 7,82 10,25 3,90 7,81 10,25 -2,90 7,80 10,25 -9,40 7,79

Esfuerzos en puntos intermedios Coordenadas Coordenadas qs (t/m2) Punto x (m) y(m) x (m) y(m) -10,25 6,65 7,12 AB11 -7,25 9,40 -10,25 0,50 7,11 AB22 -7,25 3,90 -10,25 -6,15 7,10 AB33 -7,25 -2,90 -4,25 6,65 7,32 AB44 -7,25 -9,40 -4,25 0,50 7,32 BC11 -0,25 9,40 -4,25 -6,15 7,31 BC22 -0,25 3,90 3,75 6,65 7,59 BC33 -0,25 -2,90 3,75 0,50 7,59 BC44 -0,25 -9,40 3,75 -6,15 7,58 C11 7,00 9,40 10,25 6,65 7,81 C22 7,00 3,90 10,25 0,50 7,81 C33 7,00 -2,90 10,25 -6,15 7,80 C44 7,00 -9,40

qs (t/m2) 7,23 7,22 7,21 7,20 7,46 7,46 7,45 7,44 7,71 7,70 7,69 7,68

5. Realizamos el corte Bidireccional (Para todas las columnas, que nuestra losa de Cimentación tenga) y su resumen respectivo de cálculo Pu

130 Tn

Vu

130 Tn

Vc

7,120229359

0,6 cm 0,4 cm

COLUMNA A1

1

164,21 t/m2

Ab

1

141,362377 286,284869 -122,8797706 a

b

d1 d2

0,363851298 -2,389035613

c 0,6 cm 0,3638513 m

d COLUMNA A2

Pu

185,2

Vu

185,2

Vc

7,116755182

Ab

164,2144939 t/m2 139,58232 t/m2

282,723017 372,1658132 -180,9299469 a b c d1 d2

0,377751933 -1,694113851

d

0,37775193 m

“Este proceso se repite para cada una de las columnas” RESÚMEN EJE A (cm) 36,39 37,78 40,07 40,34

EJE 1 EJE 2 EJE 3 EJE 4

EJE B (cm) 35,18 43,78 46,46 36,50

EJE C (cm) 38,43 56,54 60,21 41,70

EJE D (cm) 38,48 38,66 42,31 45,58

Se adopta

h

Se toma el valor más crítico para columnas exteriores d h

0,455816896 0,530816896 m

0,6 m

6. Diagramas de corte y Momento (Por preferencia calcular de manera manual ya que nos encontraremos con una viga hiperestática) DIAGRAMAS DE CORTE Y MOMENTO

EJE A

0,7 m

5,5 m

6,8 m

130

6,5 m

185,2

0,7 m

198,8

145,6

7,0999528 7,108164491 7,123703536

7,116755 Diagrama de cargas y esfuerzos

Ancho de la franja Af

3,7 m

Se debe transformar a carga distribuida para el ancho de franja por lo que las cargas son:

0,7 m

5,5 m

6,8 m

130

185,2

6,5 m

0,7 m

198,8

145,6

26,269825 26,30020862 26,3577031

26,33199417 Viga simplemente apoyada con carga trapezoidal.

Realizamos La sumatorio general de todas las cargas ejercidas sobre las columnas 7. Representamos el modelo de la Zapata como Viga MODELO DE ZAPATA COMO VIGA

0,7 m

5,5 m

6,8 m

117,380189

6,5 m

167,2216226

0,7 m

179,5014

131,4658113

29,43438289

29,53284668

Viga simplemente apoyada con cargas corregidas.

8. Calculando los cortantes y momentos máximos en cada punto, podemos dibujar los diagramas de corte y momentos con sus respectivos valores. (Cabe recalcar que se recomienda calcular de manera manual debido a que estamos en presencia de una viga hiperestática) Se puede asumir una carga uniformemente distribuida de

29,53284668

Se puede facilitar el proceso con un programa de análisis estructural. 104,6 99,06 76,19 20,68

-63,38

-20,62 -96,05 -115,41

0,7 m

0,700237272

4,799762728 m

3,354231

3,445768656 m

3,907852205

2,592147795 m

0,69820564

DIAGRAMA DE MOMENTO Los momentos se pueden calcular con un programa de análisis estructural.

-41,53 -61,34

-94,11

7,21

7,21 105,41

134,57 m

Finalmente elaboramos el esquema de refuerzos Longitudinales para cada uno de los ejes y columnas de nuestra losa de Cimentación (El proceso es repetitivo para cada columna) ESQUEMA DEL REFUERZO LONGITUDINAL Acero de refuerzo para los momentos actuantes últimos Mu (t.m) As (cm2) 61,34 39,96 Asmin 39,96 m 41,53 39,96 El esfuerzo inferior para esta franja se coloca en el tercer apoyo 94,11 42,32539759 7,21 39,96 105,41 47,52436683 134,57 m 61,06321725 7,21 39,96 1

2

39,96 39,96

3

39,96

4

42,3254

47,52436683

61,06321725 Esquema de refuerzo longitudinal

ESQUEMA DEL ARMADO

39,96

Ejemplo en Columna EJE B EJE CARGAS (t) ESFUERZOS (t/m2) CARGAS DISTRIBUIDAS (t/m)

Ancho de la franja Af 7m

1 170,40 7,33 51,29

2 261,60 7,32 51,24

3 284,40 7,31 51,18

4 178,00 7,30 51,12

Factor de correccion Σ R

894,40 1034,327135

894,4 1034,327135

La sumatoria de fuerzas verticales es diferente, por lo que se debe corregir con un promedio. Promedio 964,3635677 t Para cargas puntuales Fc 1,078224025

Para cargas distribuidas Fc 0,932358376

Cargas corregidas EJES CARGAS (t) CARGAS DISTRIBUIDAS (t/m) Se asume carga rectangular de

1 2 3 4 183,7293738 282,0634049 306,646913 191,923876 47,81827537 47,77292688 47,7168597 47,663266 47,81828 t/m

CORTANTE EJE SUPERIOR (t) INFERIOR (t)

1 33,46 -102,55

2 160,35 -155,53

3 169,51 -187,11

4 123,59 -37,98

EJE SUPERIOR (t.m) INFERIOR (t.m)

1

CENTRO -99,27

2

CENTRO -67,27

MOMENTO FLECTOR

11,71

170,64

3

CENTRO -152,55

218,15

4 11,71

Realizados todos los cálculos respectivos tal y como lo indica el texto, habremos diseñado una losa de cimentación para las distintas prestaciones que se presentaron, así como también con la resistencia permisible a los diferentes estados de cargas que planteamos, posterior a esto para poder verificar de una manera más precisa y exacta nuestra losa de cimentación, podemos hacer empleo del programa SAFE 2016, para poder corregir en caso de algún error, o, poder comprobar que el trabajo que hemos realizado cumpla con los requisitos y la resistencia por sobre los limites tanto de cargas como momentos.

Conclusión Las losas de cimentación se utilizan cuando la carga del edificio es tan alta, que las zapatas aisladas y zapatas corridas no podrían soportar el peso o su empleo sería ineficaz. Además, la losa de cimentación ayuda a reducir los asentamientos variables causados por la construcción en suelos no homogéneos o distribución de carga irregular en la zapata. También se concluye que la finalidad de este tipo de cimentación es sustentar estructuras garantizando la estabilidad y evitando daños a los materiales estructurales y no estructurales

Bibliografía construmatica. (s.f.). https://www.construmatica.com. Obtenido de /construpedia/Cimentaciones_por_Losa: https://www.construmatica.com/construpedia/Cimentaciones_por_Losa ecured. (s.f.). https://www.ecured.cu. Obtenido de /Losa_de_Cimentaci%C3%B3n: https://www.ecured.cu/Losa_de_Cimentaci%C3%B3n Esquivel, M. S. (Noviembre de 2005). https://repositoriotec.tec.ac.cr. Obtenido de /bitstream/handle/2238/6205/analisisydisenodelosasparafundacion.pdf?sequence=1 &isAllowed=y: https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/6205/analisisydisenodelosasp arafundacion.pdf?sequence=1&isAllowed=y