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Asentamiento de las Zapatas en Suelos no Cohesivos.


Los asentamientos de las zapatas en suelos no cohesivos se pueden estimar utilizando procedimientos empíricos o la teoría de la elasticidad.

Aunque se recomiendan métodos para determinar el asentamiento de los suelos no cohesivos, la experiencia
indica que los asentamientos pueden variar considerablemente dentro de una misma obra, y esta variación es imposible de predecir mediante cálculos convencionales.

Los asentamientos de los suelos no cohesivos ocurren esencialmente tan pronto como se carga la fundación.

En consecuencia, su importancia para el comportamiento de la mayoría de las estructuras de puentes serápequeña debido a que los asentamientos ocurren antes de construir los elementos críticos del puente.

Muchos libros de texto y manuales de ingeniería (Terzaghi y Peck 1967; Sowers 1979; U.S. Department of
the Navy 1982;  Gifford et al. 1987;  Tomlinson 1986;

Barker et al. 1991) describen detalladamente estos
procedimientos.


El asentamiento elástico de las zapatas en suelos no cohesivos se puede estimar utilizando la siguiente expresión:


donde:

qo   =  intensidad de la carga (MPa)

A   =   área de la zapata (mm2)

Es   = módulo de Young del suelo, considerado como se especifica en la Tabla 1 en lugar de los resultados de ensayos en laboratorio (MPa)

βz   =  factor de forma considerado como se especifica en la Tabla 2 (adimensional)

v    =  coeficiente  de  Poisson,  considerado  como  se especifica en la Tabla 1 en lugar de los resultados de ensayos en laboratorio (adimensional)

A menos que  Es varíe significativamente con la profundidad, Es se debería determinar a una profundidad de alrededor de 1/2 a 1/3 de B por debajo de la zapata. Si el módulo del suelo varía significativamente con la profundidad, para  Es se puede utilizar un promedio ponderado.

En la Tabla 1 se utiliza la siguiente nomenclatura:

N   =  resistencia del ensayo de penetración estándar (SPT)




Para obtener lineamientos generales para estimar el asentamiento elástico de las zapatas en arena, ver Gifford et al. (1987).

Las distribuciones de tensiones utilizadas para calcular el asentamiento elástico suponen que la zapata es flexible y que está apoyada sobre un estrato de suelo homogéneo de profundidad infinita. El asentamiento debajo de una zapata flexible varía entre un máximo cerca del centro y un mínimo en el borde iguales a aproximadamente 50 por ciento y 64 por ciento del máximo en el caso de zapatas rectangulares y circulares, respectivamente. Para las zapatas rígidas se asume que el perfil de asentamiento es uniforme en todo el ancho de la zapata.

Es difícil estimar con precisión el asentamiento elástico, ya que los análisis se basan en un único valor del módulo del suelo. Por lo tanto, para seleccionar un valor apropiado del módulo del suelo se debería considerar la influencia de la estratificación del suelo, la presencia de un lecho rocoso a baja profundidad y la presencia de zapatas adyacentes.

Para las zapatas con cargas excéntricas el área,  A, se debería calcular en base a las dimensiones reducidas de la zapata como se especifica en el Artículo 10.6.3.1.5.

                     Tabla 10.6.2.2.3b-1 − Constantes elásticas de diferentes suelos modificadas de acuerdo con   el  U.S.Department of the Navy (1982) y Bowles (1988)




                           Tabla 10.6.2.2.3b-2 − Factores de forma y rigidez (EPRI 1983)


Encofrados para suelos de plantas: Otros Tipos de Suelos.


Suelos con nervios y relleno
Se trata de un sistema de nervios o viguetas armadas, con separaciones entre sí de unos 70 cm, El espacio que queda entre estas viguetas se ocupa con elementos ya prefabricados que no hay más que ir colocando sobre el encofrado, de manera que dejen el hueco donde se va a hormigonar los nervios. Estos elementos prefabricados suelen ser piezas cerámicas de muy diversas formas, muy aligeradas, ya que no constituyen la parte resistente del suelo, sino precisamente la carga que han de soportar las viguetas o nervios, ladrillo, piezas fabricadas con materiales de poco peso, etc.

El encofrado para este tipo de suelo es un tablero sencillo, como el que ya hemos descrito en suelos de lasa de hormigón armado, y a él remitimos al lector.

Cubriendo las piezas de relleno, se extiende una capa, llamada capa de compresión, de unos 4 a 6 cm.

Suelos de ladrillo armado
En este tipo de suelos, las viguetas no son de hormigón armado, sino de ladrillo o piezas cerámicas adecuadas. Por un hueco de estas piezas, expresamente hecho para este fin, pasa la armadura calculada para resistir los esfuerzos de tracción que se presentan en las losas, mientras los esfuerzos de compresión corren a cargo de las piezas o ladrillos y de una capa de compresión que los recubre, construida por una losa de unos 5 cm de hormigón. Entre las viguetas así formadas por los ladrillos y las armaduras, se colocan piezas cerámicas adecuadas y que ya presentan en su parte inferior unos rebajes o retallos, según el tipo de piezas empleado en la construcción de las viguetas, para que su apoyo sobre éstas sea perfecto.

Este tipo de suelos no necesita encofrado, sino simplemente algunos apeos. Para ello bastará con que el lector repase la parte de arristramiento ya citada en alguno de los casos anteriores.

Sueles con viguetas prefabricadas
Este tipo de suelos suele ser muy corriente en la construcción moderna, por la rapidez de su montaje, ya que, además, no se pierde tiempo en el fraguado de las piezas de hormigón que lo constituyen, ya que esto se ha efectuado ya fuera de obra.

Está constituido por unos nervios de hormigón armado, previamente tensado o no (viguetas de hormigón pretensado, cuyas armaduras han sido tensadas en taller, lo que permite mayor economía de hierro y mejor trabajo en obra), que se encuentran en el mercado (hay actualmente muchas industrias dedicadas a tal fin, fabric6ndose distintos modelos de viguetas) y que se van sencillamente colocando en obra a distancia entre 50 y 70 cm y se cubren los huecos con piezas cerámicas o de otra índole también prefabricadas. Como puede verse, es un sistema rápido y económico. No se necesita encofrado para el mismo.

Encofrados para suelos de plantas: Puesta en obra.


PUESTA EN OBRAS

Como veníamos diciendo, en primer lugar se colocarán las carreras adosadas a los encofrados de las vigas y seguidamente las viguetas, si hay necesidad de ellas. Una vez efectuado todo ello, se colocarán las costillas del tablero, que van de canto. Las dos costillas primera y última del encofrado de losa, van clavadas a las vigas, por lo que reciben el nombre de costillas de carrera. Irán, pues, como decimos, clavadas a los barrotes del tablero lateral de los encofrados de las vigas.

Estas costillas suelen situarse a distancias pequeñas, de unos 50 cm, aproximadamente, ya que el peso de la losa, como venimos repitiendo, suele ser de consideración.
Si hubiera necesidad de empalmar costillas, se efectuaría este empalme sobre una de las viguetas, nunca entre el vano que queda entre dos de ellas.

Las costillas se fijan a los tableros laterales de los encofrados de las vigas, pudiendo hacerse desde fuera, clavando los clavos inclinados, o clavarlos por dentro del encofrado de la viga. Según se use una forma u otra de clavado, así habrá de procederse también de forma diferente a la hora de desencofrar. Si los clavos fueron clavados por fuera, al desencofrar es fundamental quitar primero esos clavos para poder desprender la costilla correspondiente. Si fue clavada la costilla desde el interior del encofrado de la viga, para sacar al desencofrar, basta con tirar de ella en el sentido perpendicular a la viga, y quedará arrancada del clavado que la unía al encofrado de aquélla.

Ya tenemos, pues, las costillas dispuestas. Se procederá a la puesta de las tablas del tablero. Previamente habrán sido cortadas estas tablas a su justa medida. Comenzaremos por colocar las dos tablas extremas, perfectamente normales a las costillas, las cuales nos servirán de guía. Estas dos tablas extremas se clavarán con clavos gruesos. El resto de las tablas no necesitan una gran clavazón. Cuando se vaya hormigonando, quedarán perfectamente adheridas a las costillas.

Es fundamental, como decíamos, que las tablas estén cortadas en su justa medida, ya que deben quedar enrasadas con ¡os bordes superiores de los tableros laterales del encofrado de las vigas sobre las que se apoya la losa de hormigón.

En la figura 91, para mejor comprensión del lector de todo ¡o expuesto, se muestran las disposiciones de viguetas, costillas, etc., de un encofrado de losa. Hemos suprimido el tablero para poder apreciar mejor cada una de aquellas piezas. 



LOSAS CON NERVIOS O VIGAS EN T: Encofrados para suelos de plantas:


Como su nombre indica, estas losas pierden su solución de continuidad en las vigas que forman en realidad sus elementos resistente. Se pueden encofrar primero las vigas y después adosarles los tableros de las losas del suelo, o construir totalmente el encofrado de una sola vez. Esto no tiene más importancia que variar el sistema de apoyo del encofrado de losa. En el primer caso, las carreras de las vigas estarán ya montadas y habrá que contar con ellas al montar el tablero de la losa. En el según- do caso, no.
Estas carreras se colocan para que en ellas se apoyen los extremos de los barrotes del tablero de la losa.

Como puede comprenderse, deben soportar la mayor parte del peso de la losa.

Para descargar del peso que reciben los encofrados de las vigas y sus puntales, se suelen colocar unos tableros a modo de viguetas, en el mismo sentido de las carreras, que van colocadas a una distancia de unos 0,80 a 120 m, aproximadamente, variando esta distancia, como es natural, en función del peso que deben soportar. 


Cuando se tiene necesidad de obtener viguetas de cierta Iongitud, se deben empalmar éstas, pero teniendo la precaución de que se verifique esa unión a testa y siempre sobre un puntal.

Suelos de losas macizas abovadadas.

Este tipo de suelos no suele ser muy corriente, por lo engorroso que resulta su encofrado. La principal dificultad estriba, naturalmente, en darle la adecuada forma. Es más corriente esta forma abovedada en cubiertas sobre todo de grandes edificaciones, almacenes, tinglados, etc., por lo que remitimos al lector al capítulo que, más adelante, trata de CUBIERTAS.

Suelos de losas de hormigón armado.

El encofrado de este tipo de losas, apoyadas en muros de hormigón, mampostería o fábrica de ladrillo, o bien en vigas sobre pilares, es sencillo. Bastará con tableros corrientes sobre los cuates se situarán las armaduras 1 recalzadas con cuadradillos de hormigón prefabricados y otros elementos que luego quedarán embutidos en la obra, por lo que se prescribe que sean tacos de madera.

Se debe tener siempre presente que esta clase de losas tiene un peso considerable, por lo que debemos asegurar el sistema de encofrado mediante un buen apeo.

Encofrados para suelos de plantas: diferentes clases de suelos.


DIFERENTES CLASES DE SUELOS

Los suelos que constituyen las diferentes plantas de un edificio pueden ser de muy diversa naturaleza, y son muy variadas las formas de obtenerlo. Así podemos construir un suelo con una losa armada sencilla apoyada sobre pilares y vigas, o sobre muros de fábrica, etc. Un suelo de este tipo, lo podemos ver en la figura 86, cuya mitad derecha lleva la losa apoyada sobre vigas de hormigón y la otra mitad izquierda, sobre muros de fábrica de ladrillo.

Otra clase de suelo puede estar formada por una losa maciza, como la anterior, pero en forma de bovedilla, la cual puede tener toda ella el mismo espesor o puede ser mas gruesa en las entregas (figuras 87 y 88).

Otra clase de suelo es la que representamos en la figura 89, constituido por losas con nervios o vigas en T. Este tipo de suelo se puede, a su vez, dividir en suelos nervados sin cuerpo de relleno, que es el que representamos en la citada figura 89, y suelos nervados con cuerpos de relleno, que mostramos en la figura 90. Este relleno suele estar constituido por piezas cerámicas, tales como ladrillos corrientes, piezas aligeradas de formas muy diversas, bloques huecos prefabricados con materiales de poco peso, tal como el yeso, carbonilla, hormigón de piedra pómez, etc. 

Otra clase de suelos es la de ladrillo armado, que puede tener o no una capa de compresión de hormigón. En esta clase de suelos, los ladrillos «cargan» con las fatigas de compresión. Como su nombre indica, lleva unas armaduras para formar los nervios cerámicos.

Otra clase de suelos es la de ladrillo armado, que puede tener o no bricadas fuera de la obra, en taller. Con ello se ahorra buena cantidad de madera en el encofrado, aunque, claro está, tienen el inconveniente del traslado, la elevación y la colocación en obra, operaciones todas harto engorrosas. Indudablemente, la vigilancia en la buena marcha del hormigonado, es mayor que en cualquier otra clase de obra. Otro inconveniente suele ser el peso de estas piezas, el peligro de roturas, etc. 


Como puede apreciarse por todo lo expuesto, es muy necesario que el oficial encofrador conozca perfectamente la clase de suelo que se le encomienda encofrar, pues según se trate de uno u otro, así tendrá que operar en consecuencia. En unos casos tendrá que encofrar absolutamente toda la superficie del suelo, en otros tendrá que encofrar parcialmente, en tramos, etc. Según los materiales a emplear en el relleno, o en la losa, así tendrá luego que tener presente para proceder a colocar un encofrado más o menos resistente, con apeos muy tupidos o más separados. Por lo tanto, es muy conveniente que tenga ideas muy concretas acerca de los pesos de los diversos materiales que van a entrar a formar parte de los suelos que le han encomendado encofrar. En todo caso, nunca estará de más que lleve unas ligeras notas acerca del peso por metro cuadrado de los diferentes materiales más usuales, y que puede encontrar en cualquier libro de construcción.

Hormigonado de muro y suelo.


En muchas ocasiones es necesario hormigónar el muro y el suelo de continuo, es decir, sin solución de continuidad. Para ello, el tablero interior tendrá que levantarse del suelo la altura correspondiente a la lasa del piso. Esto suele suceder en depósitos y otros elementos de obra que exijan una continuidad en a masa de hormigón.

Para separar el tablero interior del fondo del suelo se colocan unos tacos de madera de la altura deseada. Mucho mejor que estos tacos de madera (los cuales sólo se deben emplear cuando no dispongamos de otra cosa) son unas piezas de hierro sobre las cuales se apoya el tablero.

Estos zancos, como es natural, quedarán embebidos en la masa de hormigón, por lo que no irán excesivamente sujetos a los encofrados. Si se sujetasen excesivamente impedirían la operación de desencofrado, teniendo incluso que estropear madera al forzarla.


En la figura 81 vemos una forma bastante cómoda de colocar estos soportes, también llamados zancos. Como puede verse, se colocan alternativamente en las costillas, lo que es más que suficiente para soportar con seguridad al encofrado. Van clavados a aquéllas con clavos doblados, abrazándolos, y a manera de tope, para que el tablero no se deslice por los redondos, se clavan en lugar conveniente, para que la altura del fondo del tablero sea la deseada, es decir, igual al grueso de la loza del suelo, unos tacos de madera que impiden todo descenso. 

Si se da el caso de que el tablero interior no se puede apoyar y afianzar sobre la carcelilla correspondiente, hay que poner unos montantes por delante de las carreras, acodaladas por la cabeza y el pie. 

Suelos Sedimentarios.


La  formación  de  los  suelos  sedimentarios  puede  explicarse  más  adecuadamente considerando la formación, el transporte y el depósito de los sedimentos.

El modo principal de la formación de sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre. En general, las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de las rocas, mientras que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas.

Los  sedimentos  pueden  ser  transportados  por  cualquiera  de  los  cinco  agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. El  transporte afecta a  los sedimentos de dos formas principales: a) modifica  la  forma, el  tamaño y  la  textura de las  partículas    por  abrasión,  desgaste,  impacto  y disolución;  b)  produce  una clasificación o graduación de las partículas.

Después de que las partículas se han formado y han sido transportadas se depositan para formar un suelo sedimentario. Las tres causas principales de este depósito en el agua son la reducción de la velocidad, la disminución de la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente de agua desemboca en un lago, océano, etc., pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye así  la  fuerza de  la corriente y se produce una sedimentación. Cualquier cambio en  la  temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de algunos de los elementos disueltos. 

Figura 2: Esquema del proceso de formación de los suelos

Por tanto, el suelo es el resultado del proceso de meteorización de las rocas, con o sin transporte  de  los  productos  de  alteración.  Los  suelos  se  caracterizan fundamentalmente por los siguientes aspectos:

·  Los  suelos  están  formados  por  partículas  pequeñas  (desde micras  a  algunos centímetros) e individualizadas que pueden considerarse indeformables.
·  Entre  estas  partículas  quedan  huecos  con  un  volumen  total  del  orden  de
magnitud  del  volumen  ocupado  por  ellas  (desde  la  mitad  a  varias  veces superior).
·  Un suelo es un sistema multifase (sólida, líquida y gaseosa).
·  Los huecos pueden estar  llenos de agua  (suelos saturados), o con aire y agua (suelos semisaturados), lo que condiciona la respuesta de conjunto del material.

En  condiciones  normales  de  presión  y  temperatura,  el  agua  se  considera incompresible.

Suelos Residuales.

Los  suelos  residuales  se  originan  cuando  los  productos  de  la meteorización  de  las rocas  no  son  transportados  como  sedimentos,  sino  que  se  acumulan  in  situ.  Si  la velocidad de descomposición de  la  roca supera a  la de arrastre de  los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen  sobre  la  velocidad  de  alteración  en  la  naturaleza  de  los  productos  de meteorización están el clima (temperatura y lluvia), el tiempo, la naturaleza de la roca original,  la  vegetación,  el  drenaje  y  la  actividad  bacteriana.  Los  suelos  residuales suelen  ser  más  abundantes  en  zonas  húmedas,  templadas,  favorables  al  ataque químico  de  las  rocas  y  con  suficiente  vegetación  para  evitar  que  los  productos  de meteorización sean fácilmente arrastrados.

CARACTERIZACION DE LOS SUELOS: Suelos y rocas,origen del suelo

La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por la meteorización de  las rocas. Los geólogos emplean el  término meteorización de  las rocas para describir todos  los  procesos  externos,  por  medio  de  los  cuales  la  roca  experimenta  descomposición química y desintegración  física, proceso mediante el cual masas de roca  se  rompen  en  fragmentos  pequeños.  Esta  fragmentación  continua  es  un mero cambio  físico y por eso se  llama  también meteorización mecánica. Por otra parte,  la meteorización  química  de  una  roca  es  un  proceso  de  descomposición, mediante  el cual  los  minerales  constitutivos  de  rocas  allí  presentes  cambian  de  composición química.  En  la  descomposición,  los  minerales  persistentes  se  transforman  en minerales de composición y propiedades  físicas diferentes. Es preciso  indicar que  la desintegración  física  completa  la  descomposición,  ya  que  los minerales  y  partículas rocosas  de menor  tamaño  producidos  por meteorización mecánica  son mucho más susceptibles  al  cambio  químico  que  los  granos  minerales  firmemente  soldados  en grandes masas de roca compacta.

La meteorización mecánica es el proceso por el cual  las rocas se fracturan en piezas de menor  tamaño bajo  la acción de  las  fuerzas  físicas, como  la corriente de agua de los  ríos,  viento,  olas  oceánicas,  hielo  glacial,  acción  de  congelación,  además  de expansiones y contracciones causadas por ganancia y pérdida de calor.

La  meteorización  química  es  el  proceso  de  descomposición  química  de  la  roca original.  Entre  los  distintos  procesos  de  alteración  química  pueden  citarse:  la
hidratación  (paso  de  anhidrita  a  yeso),  disolución  (de  los  sulfatos  en  el  agua), oxidación  (de minerales de hierro expuestos a  la  intemperie), cementación  (por agua conteniendo carbonatos), etc.Por ejemplo, la meteorización química de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.

Muy  relacionada  con  la  meteorización  química  se  encuentra  la  meteorización biológica,  producida  fundamentalmente  por  la  actividad  bacteriana,  originando putrefacciones en materiales orgánicos.

La acción conjunta o individual de estos procesos de meteorización da lugar a un perfil de meteorización de la roca en función de la profundidad (ver figura adjunta). En este
perfil  la  roca  sana  ocupa  la  zona  más  profunda,  transformándose  gradualmente  a suelo hacia la parte más superficial.

Figura 1: Perfil de meteorización, según diversas fuentes

Así, por ejemplo, la observación de una trinchera recién abierta (una excavación para una carretera, una pared de cantera, etc.), a menudo revelará una sucesión de capas de  diferentes  materiales  térreos.  En  la  base  del  afloramiento  puede  haber  roca compacta, denominada roca  firme; se encuentra  todavía en su  lugar de origen y está relativamente poco modificada. La  roca  firme  suele   presentar  innumerables grietas, denominadas  juntas o diaclasas, que son consecuencia de esfuerzos principalmente asociados a una historia anterior de procesos tectónicos. Allí donde existen familias de juntas que se cruzan, la roca firme se desintegra fácilmente en bloques.

Por  encima  de  la  roca  firme  puede  haber  una  capa  de  materia  mineral  blanda, denominada regolita. (El prefijo rego viene de la palabra griega que significa “manto”.)

La  regolita  puede  formarse  in  situ  por  descomposición  y  desintegración  de  la  roca firme  inmediatamente  subyacente;  este  tipo  se  denomina  regolita  residual  o  suelo residual.  Si  esta  capa  de  partículas  minerales  relativamente  sueltas  o  blandas, dispuestas sobre  la  roca  firme, es  transportada por agentes  tales como corrientes de agua,  hielo,  viento,  olas…,  recibe  el  nombre  de  regolita  transportada  o  suelo sedimentario.