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UNIVERSIDAD CATOLICA LOS ANGELES DE CHIMBOTE. FACULTAD DE INGENIERIA. ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL INGENIERIA CIVIL. CURSO INGENIERIA DE CIMENTACIONES TEMA “LOSAS DE CIMENTACION” ESTUDIANTES    

SULCA QUISPE, YEMEK QUENIDE PAREDES YUPANQUI, MARIO QUISPE MEDINA, TEOFILO ZEA RODRIGUEZ, FRAN M. DOCENTE ING. VILCAPOMA MENDOZA, DEYVIN

AYACUCHO – PERU 2018

LOSAS DE CIMENTACION

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Contenido 1.

Introducción .................................................................................................................................. 3

2.

OBJETIVOS.................................................................................................................................. 4

3.

Antecedentes históricas................................................................................................................. 5

4.

Desarrollo....................................................................................................................................... 6 4.1

Definición ............................................................................................................................... 6

4.2

Zapata rectangular corrida .................................................................................................. 7

4.3

Zapata trapezoidal corrida .................................................................................................. 8

4.4

Zapata en voladizo .............................................................................................................. 10

5.

Tipos comunes de losas de cimentación .................................................................................... 11

6.

Clasificación de las Losas de Cimentación ............................................................................... 12 6.1

Losas de cimentación con espesor uniforme:................................................................ 12

6.2

Losa de cimentación aligerada ........................................................................................... 13

6.3

Losa de cimentación nervurada ......................................................................................... 14

7.

Capacidad de carga de losas de cimentación ............................................................................ 15

8.

asentamiento en losas de cimentación ....................................................................................... 19

9.

Procesos Constructivos ............................................................................................................... 22

10.

Conclusión ............................................................................................................................... 23

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1.

Introducción En condiciones normales, las zapatas cuadradas y rectangulares como en las cimentaciones superficiales - capacidad de carga ultima, son económicas para soportar columnas y muros. Sin embargo, en ciertas circunstancias, puede ser deseable construir una zapata que soporte una línea de dos o más columnas. A estas zapatas se les refiere como zapatas corridas. Cuando más de una línea de columnas soporta una losa de concreto, se denomina losa de cimentación. En general, las zapatas combinadas se pueden clasificar en las categorías siguientes: a) Zapata rectangular corrida b) Zapata trapezoidal corrida c) Zapata arriostrada d) Losas de cimentación

Una losa de cimentación se define como una estructura que puede soportar varias columnas o muros al mismo tiempo. Se utilizan cuando la capacidad de carga del suelo es muy baja y las zapatas aisladas resultan demasiado grandes y juntas para ser una opción viable, seguido de un análisis más detallado sobre losas de cimentación.

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2.

OBJETIVOS a) Conocer el comportamiento de una losa de cimentación ante distintos tipos de suelos. b) Conocer la base por la cual se inicia la construcción de una edificación. c) Conocer los variados tipos de cimentación profunda y superficial, apoyándonos de la estratigrafía y nivel freático que posea el terreno. d) Determinar los asentamientos diferenciales que se producen en una losa de cimentación.

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3.

Antecedentes históricas En todas las épocas, el hombre se ha brindado protección contra los elementos, refugio y seguridad contra intrusos palacios para la realeza, etc. El resultado de esta necesidad es una estructura que comúnmente denominamos “hogar”. En toda la historia, todas las estructuras se han construidos con diferentes diseños. Materiales, formas componentes y estilos arquitectónicos. En este proceso de búsqueda las cimentaciones han jugado un papel muy importante ya que ellas son el sustento de lo que llamamos hogar y las encargadas de trasmitir su peso al terreno. El cimiento es por tanto el enlace entre la superestructura y el terreno, y son por ello elementos básicos en el diseño y organización general del edificio, aunque durante muchos siglos el diseño y dimensionamiento de los mismos, ha sido un proceso eminentemente empírico. El diseño inadecuado de la subestructura de un edificio colocado sobre un terreno inestable, conduce a la ruina del mismo, mientras que cimientos cuidadosamente diseñados, y sólidamente construidos, aseguran la permanencia de la edificación superior.

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4.

Desarrollo 4.1 Definición Una losa de cimentación es una zapata combinada que cubre toda el área que queda debajo de una estructura y que soporta todos los muros y columnas. Cuando las cargas del edificio son tan pesadas o la presión admisible en el suelo es tan pequeña que las zapatas individuales van a cubrir más de la mitad del área del edificio, es probable que la losa corrida sea más económica que las zapatas. Las losas de cimentación se proyectan como losas de concreto planas y sin nervaduras. Las cargas que obran hacia abajo sobre la losa son las de las columnas individuales o las de los muros. Si no hay una distribución uniforme de las cargas de las columnas o bien el suelo es tal que pueden producirse grandes asentamientos diferenciales, las losas deben reforzarse para evitar deformaciones excesivas. La forma de refuerzo es simplemente utilizando muros divisorios como nervaduras de vigas T conectadas a la cimentación, o bien usando marcos rígidos o haciendo celdas con trabes y contra trabes, es entonces cuando se forman los llamados cajones de cimentación. En la figura se muestran a grandes rasgo la representación de losas de cimentación.

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4.2 Zapata rectangular corrida En varios casos, la carga que soportará una columna y la capacidad de carga del suelo son tales que el diseño estándar de una zapata corrida requerirá la extensión de cimentación de la columna más allá del lindero de la propiedad. En ese caso, dos o más columnas se pueden soportar sobre una cimentación rectangular individual, como se muestra en la figura 6.1. Si se conoce la presión neta permisible en el suelo, el tamaño de la cimentación (B 3 L) se puede determinar de la manera siguiente: a) Se determina el área de la cimentación 𝑨=

𝑸𝟏 + 𝑸𝟐 𝒒𝒏𝒆𝒕𝒂(𝒑𝒆𝒓𝒎)

(𝟔. 𝟏)

Donde Q1, Q2 = cargas de las columnas Qneta(perm) = capacidad de carga permisible neta del suelo Capítulo 6: Losas de cimentación

Figura 6.1 Zapata rectangular corrida. LOSAS DE CIMENTACION

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b) Se determina la ubicación de la resultante de las cargas de las columnas. De la figura 6.1, 𝑿=

𝑸𝟐 𝑳𝟑 𝑸𝟏 + 𝑸𝟐

(𝟔. 𝟐)

c) Para una distribución uniforme de la presión del suelo debajo de la cimentación, la resultante de las cargas de las columnas debe pasar por el centroide de la cimentación. Por lo tanto, 𝑳 = 𝟐(𝑳𝟐 + 𝑿)

(𝟔. 𝟑)

Donde L = longitud de la cimentación. d) Una vez que se determina la longitud L, el valor de L1 se puede describir como sigue: 𝑳𝟏 = 𝑳 − 𝑳𝟐 − 𝑳𝟑

(𝟔. 𝟒)

Observe que la magnitud de L2 se conocerá y depende de la ubicación del lindero de la propiedad. e) Entonces el ancho de la cimentación es 𝐁=

𝐀 𝐋

(𝟔. 𝟓)

4.3 Zapata trapezoidal corrida Una zapata trapezoidal corrida (consulte la figura 6.2) en ocasiones se utiliza como una cimentación ensanchada y aislada de columnas que soportan grandes cargas donde el espacio es reducido. El tamaño de la cimentación que distribuirá uniformemente la presión sobre el suelo se puede obtener de la manera siguiente: a) Si se conoce la presión neta permisible en el suelo, se determina el área de la cimentación:

𝑨=

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𝑸𝟏 +𝑸𝟐 𝒒𝒏𝒆𝒕𝒂(𝒑𝒆𝒓𝒎)

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De la figura 6.2, 𝑨=

𝑩𝟏 + 𝑩𝟐 𝑳 𝟐

(𝟔. 𝟔)

b) Se determina la ubicación de la resultante de las cargas de las columnas: 𝑿=

𝑸𝟐 𝑳𝟑 𝑸𝟏 + 𝑸𝟐

c) De la propiedad de un trapezoide, 𝑩𝟏 + 𝟐𝑩𝟐 𝑳 𝑿 + 𝑳𝟐 = ( ) 𝑳 𝑩𝟏 + 𝑩𝟐 𝟑 LOSAS DE CIMENTACION

(𝟔. 𝟕) 9

Con los valores de A, L, X y L2 conocidos, se resuelven las ecuaciones (6.6) y (6.7) para obtener B1 y B2. Observe que para un trapezoide, 𝐋 𝐋 < 𝐗 + 𝐋𝟐 < 𝟑 𝟐

4.4 Zapata en voladizo En la construcción de una zapata en voladizo se utiliza una viga de arriostramiento para conectar una cimentación de una columna cargada excéntricamente a la cimentación de una columna interior. (Consulte la figura 6.3). Las zapatas en voladizo se pueden utilizar en lugar de zapatas trapezoidales o rectangulares combinadas cuando la capacidad de carga permisible del suelo es alta y las distancias entre las columnas es grande.

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5.

Tipos comunes de losas de cimentación La losa de cimentación, a la que en ocasiones se le refiere como placa de cimentación, es una zapata combinada que puede cubrir toda el área debajo de una estructura que soporta varias columnas y muros. Las losas de cimentación se prefieren en ocasiones para suelos que tienen capacidades de soporte de carga bajas, pero que tendrán que soportar cargas altas de las columnas o muros. En algunas circunstancias, las zapatas ensanchadas tendrán que cubrir más de la mitad del área de un edificio y las losas de cimentación podrían ser más económicas. En la actualidad se utilizan varios tipos de losas de cimentación. Algunas de las más comunes se muestran esquemáticamente en la figura 6.4, entre las que se incluyen: 1. De placa plana (figura 6.4a). La losa es de espesor uniforme. 2. De placa plana con mayor espesor bajo las columnas (figura 6.4b). 3. De vigas y losa (figura 6.4c). Las vigas corren en ambas direcciones y las columnas se ubican en la intersección de las vigas. 4. De placas planas con pedestales (figura 6.4d). 5. Losa con muros de sótano como parte de la placa (figura 6.4e). Las paredes actúan como refuerzo de la losa.

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6.

Clasificación de las Losas de Cimentación 6.1 Losas de cimentación con espesor uniforme:

Se caracteriza por solo tener los esfuerzos de acero y el espesor determinado por los cálculos sin ningún tipo de alteración.

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6.2 Losa de cimentación aligerada se caracteriza por disminuir el volumen de concreto a utilizar, debido a que solo se emplea el espesor determinado en las secciones criticas determinadas en el diseño, el resto se disminuirá hasta donde permita el esfuerzo cortante involucrado en el diseño.

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6.3 Losa de cimentación nervurada Aquí solo se emplean vigas, las cuales corren sobre los ejes X e Y generando así cajones entre columnas. Con esta forma se disminuye mucho más el volumen de concreto a utilizar como se ve:

Las losas se pueden soportar con pilotes, que ayudan a reducir el asentamiento de una estructura construida sobre un suelo altamente compresible. Cuando el nivel freático es alto, las losas con frecuencia se colocan sobre pilotes para controlar su flotabilidad. En la figura 6.5 se muestra la diferencia entre la profundidad Df y el ancho B de cimentaciones aisladas y losas de cimentación. En la figura 6.6 se muestra una losa de cimentación de placa plana en proceso de construcción.

Figura 6.5 Comparación de una cimentación aislada y una losa de cimentación (B =ancho, Df = profundidad). LOSAS DE CIMENTACION

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Losas de cimentación

Figura 6.6 Losa de cimentación de placa plana en proceso de construcción.

7.

Capacidad de carga de losas de cimentación La capacidad de carga última total de una losa de cimentación se puede determinar mediante la misma ecuación utilizada para cimentaciones superficiales

El término B en la ecuación (3.19) es la dimensión menor de la losa. La capacidad neta última de una losa de cimentación es

Para calcular la capacidad de carga permisible neta se debe emplear un factor de seguridad apropiado. Para losas sobre arcilla, el factor de seguridad no debe ser menor que 3 bajo carga muerta o carga viva máxima. Sin embargo, ante las condiciones más extremas, el factor de seguridad debe ser de al menos 1.75 a 2.

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Para losas construidas sobre arena, normalmente se debe emplear un factor de seguridad de 3. En la mayoría de las condiciones de trabajo, el factor de seguridad contra la falla de capacidad de carga de losas sobre arena es muy grande. Para arcillas saturadas con f = 0 y en condición de carga vertical, la ecuación (3.19) da

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En unidades inglesas, la ecuación (6.12) se puede expresar como

En general, las cimentaciones superficiales se diseñan para un asentamiento máximo de 25 mm y un asentamiento diferencial de aproximadamente 19 mm. Sin embargo, el ancho de las losas de cimentación es mayor que el de las zapatas ensanchadas aisladas. Como se muestra en la tabla 5.3, la profundidad del incremento del esfuerzo significativo en el suelo debajo de una cimentación depende del ancho de ésta. De aquí que para una losa de cimentación, la profundidad de la zona de influencia es probable que sea mucho mayor que la de una zapata ensanchada. Así pues, los depósitos de suelo suelto debajo de una losa pueden estar distribuidos más uniformemente, lo que resulta en un asentamiento diferencial menor. En consecuencia, la suposición usual es que, para un asentamiento máximo de la losa de

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50 mm, el asentamiento diferencial sería de 19 mm. Utilizando esta lógica y poniendo de manera conservadora que Fd = 1, se pueden aproximar respectivamente las ecuaciones (6.12) y (6.13) como

La presión permisible neta aplicada sobre una cimentación (consulte la figura 6.7) se puede expresar como

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8.

asentamiento en losas de cimentación

Un asentamiento se define como la deformación vertical en la superficie de un terreno proveniente de la aplicación de cargas o debido al peso propio de las capas. Debido a que la losa de cimentación transmite cargas de la superestructura al suelo de manera uniforme y al presentarse asentamientos y/o expansiones muy grandes, la construcción se ve forzada a asentarse(o elevarse en caso de una expansión) de manera uniforme, de esta manera, con la losa de cimentación busca solucionar los problemas de los clásicos agrietamientos por asentamientos diferenciales y expansiones. El asentamiento de una cimentación del tipo superficial se debe a la deformación del suelo en el que se apoya causado por los esfuerzos inducidos en el por la propia cimentación, esto es debido al tipo de suelo en que se construye y en grandes rasgos al contenido de agua que conforma siendo el de mayor riesgo los lugares con napas freáticas muy superficiales debido a que es más difícil y costoso su estabilización para poder construir. Cuando una estructura transmite sus cargas al terreno a través de la cimentación, se producen inevitablemente deformaciones (generalmente asentamientos). Este comportamiento que presenta el suelo al interactuar con la estructura depende del estudio de la mecánica de suelo y la cimentación que se va emplear, no debería causar graves problemas si se toma las precauciones ante ello. El asentamiento de una edificación consta de 2 partes principales

8.1 Asentamiento inmediato. Este tipo de caso se puede notar a medida que avanza la construcción, esta parte en algunos manuales deja recomendaciones para evitar una falla de las cimentaciones antes de terminar la construcción. 8.2 Asentamiento por consolidación. Se manifiesta debido a la reducción del volumen del suelo, causada por la extracción de una parte del agua de los poros del suelo, esto se ve en suelo con una napa freática superficial o en suelos arcillosos.

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8.3 tipos de asentamientos. 8.3.1

Asentamientos uniformes.

Son cuando en el subsuelo las deformaciones son igual en cualquier punto de la superficie construida, este caso se presenta en lugares en que el tipo de suelo es el mismo en el área de construcción y también el contenido de agua considerando las cargas en sus cimentaciones iguales en cada una de ellas. El mayor problema que tiene este tipo de asentamientos es rotura de instalaciones de servicios, generalmente no presentan fallas estructurales por que la estructura solo presenta descenso de nivel.

8.3.2

Asentamientos diferenciales.

Este caso es el que se presenta en la mayoría de los casos en los que la estructura tiene diferentes asentamientos de un punto a otro y cambia la magnitud y distribución de los esfuerzos con el que fue diseñado la estructura, se puede dar por la variación de la composición del suelo lo que causa que sean diferentes.

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Pueden provocar fallas funcionales debido al descuadre de ventanas y puertas, así como también produce cortes en elementos estructurales, giros que puede causar torsión, flexión debido a que la estructura sufre diferentes asentamientos. Para el caso de volteo es cuando hay una pérdida de la capacidad cortante en un terreno que la composición del suelo es variable, aspecto que no se tomó en cuenta y produce esta falla. Ejemplo de terreno suave

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9.

Procesos Constructivos

La losa se construirá con concreto reforzado con varillas o con malla soldada y se colará al mismo tiempo que las cadenas de repartición. El desplante de la losa se hará siempre sobre material resistente. Si la topografía del suelo es irregular o existen zonas de material malo o poco resistente como cascajo o escombro, suelos con materia vegetal u orgánica, etc., se deberán retirar estos materiales y rellenar con tepetate compactado en capas de 20 cm. La losa deberá armarse con varillas o con malla electrosoldada, y es muy importante que las varillas o la malla se mantengan en su posición antes y durante el colado. Para lograr que la posición del armado superior no cambie se colocan silletas hechas con varilla de desperdicio, y deberán ser cortadas

y dobladas a

la

medida de

la losa. Para el

refuerzo inferior se pueden utilizar calzas o tacones hechos de piedra laja, concreto, pedazos de varilla de desperdicio amarrados.

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10.

Conclusión Es evidente que para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento razonable ha de contar con una cimentación adecuada. Aunque la cimentación es algo que no llama la atención y pasa inadvertida por los usuarios de la estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de sus partes suele a veces exigir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el mejor criterio del que normalmente necesita para redactar el proyecto. La construcción de una cimentación es, a veces, el trabajo más difícil de todos los que se presentan al realizar una obra. La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el que la estudia y proyecta. La naturaleza ha dispuesto los materiales en el sitio en que se encuentran en una forma caprichosa, y es difícil averiguar cuál será el comportamiento de estos materiales cuando sean sometidos a la acción de las cargas; las aguas pueden arrastrar el terreno o inundar la estructura, las masas de hielo o los vendavales pueden ejercer presiones de magnitud desconocida; las heladas pueden dar origen a levantamientos y hundimientos.

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