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viernes, 11 de febrero de 2011

Construcción y Diseño de ZAPATAS COMBINADAS.

Son aquellas fundaciones que soportan mas de una columna.  Se opta por esta solución  cuando  se  tienen  dos  columnas  muy  juntas  y  al  calcular  el  área necesaria de zapata para suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas se montan.


También se puede construir una fundación combinada en el caso de que una de
las columnas sea medianera y se quiera amarrar con una de las fundaciones interiores,  note  que  aquí  la  misma  zapata  cumpliría  la  función  de  viga  de fundación.

Otro  caso  de  fundaciones  combinadas  es  cuando  soportan  mas  de  dos columnas. Se puede dar cuando el esfuerzo admisible es pequeño  y se requiere una gran área de fundación.  La combinación puede cubrir columnas de un solo eje y se convierte en fundación alargada. Si se reunen todas las columnas de una edificación se convierte en losa de fundación.

a. Fundaciones combinadas para dos columnas:

Filosofía de diseño:  Se quiere que la presión de contacto sobre el suelo sea uniforme para evitar cualquier rotación de la fundación. Esto se traduce en que  entre  la  resultante  de  las  cargas  actuantes  de  las  columnas  y  la resultante de las presiones del suelo no exista ninguna excentricidad.    La posición  de  la  resultante  debe  coincidir  con  el  centro  geométrico  de  la fundación.

Las geometrías mas comunes para estas zapatas son:


La forma y dimensiones de las fundaciones salen de igualar las ecuaciones de
posición de la resultante con el centroide de la fundación.    Por ejemplo en el caso de fundación rectangular al igualar esta ecuaciones podemos despejar L. Una  vez  determinado  esta  dimensión  podemos  conocer 
B  por  medio  de  la ecuación de esfuerzos admisibles del suelo:

Si  el  lado  L  tiene  alguna  restricción  particular,  caso  de  medianería,  y  la
dimensión hallada es mayor que la disponible, entonces tenemos que recurrir a cambiar  la  forma  de  la  fundación,  ya  sea  por  formas  trapezoidales  o compuestas.  En estas formas toca resolver las ecuaciones colocando el valor máximo de L permitido y asumiendo un valor ya sea de B1 o B2 y encontrando
el otro.

Para el diseño de estas zapatas se sigue la misma metodología de las zapatas con viga de fundación, o sea se construye un diagrama de momentos y cortante en el sentido largo de la fundación y se calcula refuerzo y verifica corte con esos diagramas; para el sentido corto se resuelve el problema como si fuera una fundación simple.    Se debe tener en cuenta que en realidad los esfuerzos se reparten en las zonas cercanas a las columnas, entonces se coloca refuerzo de voladizo en el sentido corto en una zona con líneas a 45 grados a partir del eje de columna, en la zona que no abarcan estas líneas, o sea la central, se coloca refuerzo mínimo.

Diseño de Zapatas Excéntricas.

Es el caso en el cual el pilar o la pared de carga (medianera) que apoya sobre una zapata, aislada o continua, está tocando el límite del predio, y la carga no puede quedar centrada en el cimiento.

De hecho, ésta quedaría fuera de los límites del solar; entonces, es necesario que el pilar o la pared carguen en un extremo de la zapata.

Por ello, a este tipo de zapata se la denomina excéntrica.

Los ejes verticales de la pared (medianera) y del cimiento, no son coincidentes.

La posición de la carga produce diferentes tensiones en el terreno.

Para atenuar la excentricidad se puede incrementar la sección de la zapata. Pero aunque se verticaliza la resultante, ésto conlleva un aumento en el peso del cimiento.

Lo más atinado se logra corrigiendo el momento que se produce arriostrando la zapata; esto se resuelve uniéndola con otra zapata central a través de una riostra entre las dos zapatas, llamada viga centradora, cuya función es evitar que se produzca el giro de la zapata excéntrica.

También puede evitarse el giro mediante una zapata combinada, realizada mediante la unión de la zapata excéntrica con otra centrada cercana a la anterior.

Para que las riostras trabajen en conjunto, deben tener ambas un canto mínimo igual a la mitad del canto de la zapata.

Diseño de Zapatas Corridas.

Las Zapatas Corridas se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno.

Por practicidad se adopta una altura mínima para los cimientos de hormigón de 30 cm.aproximadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo en cuenta el ángulo de reparto de las presiones.

En el caso de que la tierra tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se utilizarán encofrados. Si los cimientos se realizan en hormigón apisonado, pueden hormigonarse sin necesidad de los mismos.

Si los trabajos de cimentación debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la junta vertical para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. Asimismo colocar unos hierros de armadura reforzará esta unión.

Las Zapatas Corridas son, según el Código Técnico de la Edificación CTE, aquellas zapatas que recogen mas de tres pilares. Las considera así distintas a las zapatas combinadas, que son aquellas que recogen dos pilares. Esta distinción es objeto de debate puesto que una zapata combinada puede soportar perfectamente tres pilares.

ZAPATA AISLADA: Construcción de Edificios.

Las zapatas aisladas no requieren de un encofrado ya que estas se construyen directamente sobre el suelo excavado.

Después de tener el terreno excavado con las dimensiones de la zapata aislada y cota correspondiente, se vaciará una capa de hormigón pobre sobre la base del terreno con una dosificación 1: 8 (cemento : arena) para empezar con el armado de los fierros.

Doblado y montaje de armaduras:

El doblado y cortado de la armadura será realizado de acuerdo a las medidas de los planos estructurales.

La armadura longitudinal será colocada sobre galletas. Los fierros de la armadura transversal serán sujetados a los fierros de la armadura longitudinal con la separación indicada en los planos estructurales.

Todas las intersecciones de las armaduras deben ser amarradas con alambre  para evitar que posibles desplazamientos de la armadura al momento del vaciado y vibrado del hormigón.
  El armado de fierros de las columnas será hecho afuera, es decir no se armará dentro de la zapata, después será bajado y colocado en plomada respetando sus respectivos ejes.
Figura 28. Armadura para zapatas aisladas
Se recomienda que los fierros de las zapatas que forman parte de las columnas lleguen a sobrepasar el primer piso de la construcción en una longitud de 40 veces el diámetro por encima de ésta (primera losa) y así evitar gastos innecesarios en los empalmes.

Colocado del hormigón:

El hormigón será vaciado de acuerdo con las especificaciones de preparación y puesta en obra del hormigón.

Antes de vaciar el hormigón se deberá marcar la altura h1 de la zapata en los cuatro lados con clavos y la altura h2 amarrando alambre en la armadura de la columna, esto para evitar que se produzcan incrementos de volumen.

Con la ayuda de un frotacho se irá formando las pendientes laterales de la zapata antes del fraguado del hormigón.

Después de 8 horas de vaciada la zapata, respetando los ejes de la columna, se deberá vaciar un dado en la parte superior de la zapata, el cual debe tener las dimensiones de la columna y una altura de 5 cm. La base de coronamiento de la zapata deberá tener una sección incrementada en 2 ” a las dimensiones de la columna, la cual servirá para poder asentar el encofrado de la columna.

El dado será vaciado con mortero de cemento con una dosificación 1 : 3 (cemento : arena).
Figura 29. Hormigonado de zapatas aisladas
 
Figura 30. Zapata aislada
Curado:

El curado de las zapatas será realizado por lo menos durante los primeros de 7 días después del vaciado mediante un vertido permanente de agua, hasta que el hormigón  haya alcanzado como mínimo el 70 % de su resistencia.

FUENTE: http://apuntesingenierocivil.blogspot.com 

Construcción y Diseño de Zapatas Aisladas.

Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables.

Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar zapatas ni riostras.

Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 10 cm. en el estrato del terreno.

La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas afectadas por estas variables.

En el caso que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes.

Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm.

En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, antes de colocar las armaduras. 

Las Zapatas Aisladas son un tipo de Cimentación Superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite.

Las zapatas aisladas van arriostradas con riostras de hormigón armado de sección inferior a la zapata.

Pueden ejecutarse de hormigón en masa, es decir sin armar, si las mismas tienen un canto considerable (son las denominadas zapatas macizas).

-Armado de la parte inferior: Se realiza un mallazo conformado por barras cruzadas; la separación entre barras no ha de superar los 30 cm.

-Recubrimiento para evitar corrosiones: Separación de las armaduras, entre 5 a 10 cm. del borde y del fondo de la zapata, dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características del terreno.

-Barras: Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes, mínimo del 12, ante posibles corrosiones.

La armadura longitudinal del pilar llega hasta el mallazo, por lo cual se colocan armaduras de espera iguales que las de los pilares.

-Solape mínimo: Considerar 30 veces el diámetro de la barra más gruesa del pilar.

Normativa referida a zapata aislada de hormigón en masa o armado como cimiento de soportes verticales: Norma Tecnológica NTE-CSZ

jueves, 10 de febrero de 2011

FUNDACIONES: Condiciones de Apoyo a la Superestructura:

Las condiciones de apoyo, ya sea empotramientos o articulaciones, se logran por medio de un adecuado sistema de fundación y del suelo en si.

Estructuras modeladas con apoyos de empotramientos exigen que la fundación sea capaz de absorber cualquier tipo de rotación.  Como es sabido, el suelo es un material que no aguanta esfuerzos de tracción, por lo tanto, en el caso de fundaciones superficiales sobre suelos poco compresibles, los momentos se pueden absorber con una transmisión no uniforme de los esfuerzos de contacto con el suelo; en el caso de suelos compresibles, esta hipótesis no es suficiente para asegurar que no se presentará ladeo de la fundación, en este caso se recomienda lograr la estabilidad al vuelco por medio de vigas de amarre de fundación,  muertos  en  concreto  o  cualquier  otro  elemento  que  pueda  dar reacción de par. En todos los casos se recomienda construir la fundación a cierta profundidad y colocar un lleno estructural sobre ella de tal manera que se ayude a impedir la rotación.

Tipos de Fundaciones.

De acuerdo con la profundidad de desplante (profundidad de contacto entre estructura y suelo) se dividen en superficiales y profundas.

Fundaciones  superficiales:  Zapatas aisladas, zapatas  exntricas,  zapatas combinadas (caso de pocas columnas o caso de todas las columnas de una edificación en el cual se convierte en una losa de fundación), zapatas amarradas y vigas de fundación en el caso de muros.
Fundaciones profundas: Pilas o caisson y pilotes (hincados o vaciados en el sitio).

Otras son:

Losas de fundación: cimentación compensada o losa flotante

Fundaciones masivas: se utilizan para maquinaria que produce vibraciones. Se busca que el peso de la fundación sea 1,5 veces el peso de la maquinaria. También se usan en torres de energía.

Fundaciones Introducción.

La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable.

La fundación estará’ bien diseñada si cumple adecuadamente con su doble función,  estabilidad y resistencia, controlando dos estados límites a saber,  las condiciones de  servicio y las condiciones de falla por resistencia.

A estas dos condiciones de falla se les llama estados limites, porque ambas determinan si una fundación sirve o no.

1. Estado limite de servicio o de funcionamiento:

Aunque la estructura, incluyendo la fundación,  no presente un daño físico de ella misma se considera que falla cuando ella no tiene un comportamiento adecuado que hace que esta salga de funcionamiento.  Se puede llegar al estado límite de servicio cuando se presentan los siguientes problemas en el suelo o la cimentación:

A. Asentamientos diferenciales y totales.  Un asentamiento diferencial entre dos  fundaciones  continuas  de una  misma  edificación  puede  producir ladeo de la estructura y podría llevarla a un posible volcamiento.

El  estado  límite  en  este  caso  corresponde  a  sacar  la  estructura  de funcionamiento por el hecho de presentarse una rotación que produce sensación de inseguridad en los ocupantes sin tener que haber llegado a la perdida total del equilibrio.

En el caso de un edificio cualquier movimiento diferencial de un apoyo con respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas de diseño de la estructura, con la posibilidad de presentar fallas locales en vigas de conexión o en cualquier otro elemento.

Los  asentamientos  diferenciales  se  limitan  a  los  siguientes  valores dependiendo del sistema estructural de la edificación:

En pórticos  L/300

En muros L/500 a L/1000

Donde L corresponde a la distancia horizontal entre apoyos.

Note que para muros se es mucho más exigente ya que los muros son mas rígidos (admiten menos deformaciones) que los pórticos.

Recordemos por las ecuaciones de pendiente deflexión que cualquier asentamiento de un extremo de un elemento viga con respecto al otro extremo, causa una variación de los momentos de extremo igual a:
B. Desplazamientos  o  levantamientos  excesivos  causados  por  suelos expansivos

C. Daños locales o generales causados por fenómenos de erosión interna, lixiviación o dispersión.

D.Vibraciones  excesivas  causadas  por  estructuras  o  cargas  móviles
(motores o maquinas) que afecten el confort de los ocupantes.

E. Daños locales en partes de la estructura por falta de juntas de expansión y de contracción.

2. Estados límites de resistencia:

Esta asociado a la falla física (rompimiento o fractura) de los componentes de la fundación o de cualquier parte de la estructura por un mal comportamiento del sistema suelo-cimentación.  Se puede llegar al estado límite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de los siguientes problemas:

A.  Falla del suelo por exceder su capacidad portante

B.  Disminución del equilibrio por inestabilidad del terreno.

C. Amplificación y o modificación de las ondas sísmicas que viajan por el suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia con ella.

D. Falla de la estructura por el cambio de las propiedades del suelo al presentarse el fenómeno de licuefacción durante un sismo.

E. Falla de la estructura de la cimentación como tal.

F. Falla de la estructura por falta de amarres que den integridad estructural.

En estos estados podemos detectar que las condiciones de falla en su mayoría se deben al suelo en su interacción con la estructura.


Un buen diseño debe entonces dimensionar las fundaciones para que en su trasmisión  de  cargas  al suelo  no  hagan  fallar  el  suelo  y  diseñar  estas fundaciones para que ellas estructuralmente no fallen.

El  ingeniero  geotecnista  es  quien  se  encarga  de  la  parte  del  suelo  en  su interacción  con  la estructura,  en  un  estudio  de  suelos  nos  informa,  a  los ingenieros estructurales, el tipo de fundación a utilizar, la capacidad de carga admisible  del  suelo,  las  recomendaciones  constructivas,  el  coeficiente de aceleración sísmica, el coeficiente de sitio que tiene en cuenta la amplificación de las ondas sísmicas, las recomendaciones para las estructuras de contención y el tratamiento de taludes, el control de aguas y las recomendaciones para los pisos y pavimentos si los hay.


El título de la norma que controla los estudios geotécnicos es el H. En este título se encuentran todos los estados limites de falla.

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