CIMENTACIONES EN MAMPOSTERÍA 1. INTRODUCCIÓN Las estructuras se apoyan en el terreno, por lo que este pasa a conforma una parte más de la misma, debido a que el terreno por sus condiciones naturales, presenta menos resistencia y mayor deformabilidad que los demás componentes componentes que conforma la estructura, la edificación, por lo que no puede resistir cargas al igual que una estructura, debido a ello se busca implementar cierto artificio a la estructura que permita transmitir y repartir las cargas al terreno de una manera adecuada para que el mismo no falle o se deforme al exceder su resistencia puntual, este artificios son la cimentaciones o apoyos de la estructura. Estas cimentaciones o apoyos deben ser dimensionado en base a las características de terreno y de las cargas de la estructura, y las cuales son de distinto tipo de acuerdo a la utilidad que se busca y al comportamiento natural del terreno. Para nuestro caso, nos enfocaremos hacia las cimentaciones de mampostería, que no son tan complicadas en su diseño, ya que pertenecen al tipo superficial y que en su construcción se usa elementos que uno puede manipular fácilmente, como la piedra 1.
2. DEFINICIONES. 2.1.
Cimentaciones.El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas actuantes sobre la totalidad de la construcción al terreno. Dado que la resistencia y rigidez del terreno t erreno son, salvo raros casos, muy inferiores a las de la estructura, la cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los pilares y muros de carga. 2
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De mi autoría: Oliver Oliver Ramos Parqui, estudiante estudiante De La Universidad Nacional Nacional Del Altiplano Puno, Cod 123621 2 Escuela superior de Avila, Ingenieria civil.
Una cimentación deberá cumplir tres requisitos fundamentales: a) El nivel de la cimentación deberá estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios de volumen del suelo, capa freática, excavaciones posteriores b) Tendrá unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo c) No deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura (asientos admisibles). 3
2.2.
Cimentaciones superficiales. Son aquellas en las cuales la relación Profundidad / ancho (Df / B) es menor o igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma. Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación. 4
2.3.
Cimentaciones profundas. Son aquellas en las que la relación profundidad /ancho (Df / B) es mayor a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma. Son cimentaciones profundas: los pilotes y micropilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de cimentación. La cimentación profunda será usada cuando las cimentaciones superficiales generen una capacidad de carga que no permita obtener los factores de seguridad…. o cuando los asentamientos
generen asentamientos diferenciales mayores a los indicados en el numeral… Las cimentaciones profundas se pueden usar también para anclar estructuras contra fuerzas de levantamiento y para colaborar con la resistencia de fuerzas laterales y de volteo. Las cimentaciones profundas pueden además ser requeridas para situaciones especiales tales como suelos expansivos y colapsables o suelos sujetos a erosión.
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Escuela superior de Avila, Ingenieria civil. Norma técnica de edificaciones, E-050 suelos y cimentaciones.
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a) Algunas de las condiciones que hacen que sea necesaria la utilización de cimentaciones profundas, se indican a continuación: b) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la estructura. En estos casos se usan pilotes para transmitir la carga a la roca o a un estrato más resistente. c) Cuando están sometidas a fuerzas horizontales, ya que las cimentaciones con pilotes tienen resistencia por flexión mientras soportan la carga vertical transmitida por la estructura. d) Cuando existen suelos expansivos, colapsables, licuables o suelos sujetos a erosión que impiden cimentar las obras por medio de cimentaciones superficiales. e) Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión, plataformas en el mar, y losas de sótanos debajo del nivel freático, están sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para resistir dichas fuerzas. 5
3. CLASES DE CIMENTACIONES. Se clasifican de 2 formas 6:
3.1.
Según su profundidad.
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Cimentaciones superficiales Cimentaciones profundas.7
Norma técnica de edificaciones, E-050 Suelos y cimentaciones. Universidad nacional autónoma de México- Arq. Pedro Urzúa Ramírez 7 Universidad nacional autónoma de México- Arq. Pedro Urzúa Ramírez 6
3.2.
Según el tipo de material que se usa
Cimentaciones de mampostería. Cimentaciones de concreto simple Cimentaciones de fierro Cimentaciones de madera. 8
4. CIMENTACIONES DE MAMPOSTERÍA. Los Cimientos de Mampostería pertenecen a la tipología de Cimentaciones Superficiales. Su función consiste en repartir las cargas que le transmite la edificación, generalmente en terrenos grandes, extendidos, que soportan convenientemente los esfuerzos. Este tipo de cimentación, por lo general, se encuentra en edificaciones antiguas. Se ejecutan con piedras colocadas en seco o con hormigón. La piedra que se elige en estos casos y que mejor responde es la que carece de grietas y agujeros, poniendo en contacto la superficie rugosa para mejor adherencia del material. Se reconoce la piedra dura a través de golpe seco con una maceta. Si el sonido es hueco, sordo o grave, se desecha porque es una piedra blanda; si el sonido es agudo o metálico, se trata de una piedra dura apta para el cimiento. Otro método para reconocerlas es rompiéndolas: Si los fragmentos de roca tienen aristas vivas, estamos frente a una roca dura; si los fragmentos tienen aristas redondeadas, es una piedra blanda. Por lo general, este tipo de cimientos suelen tener en el fondo un manto de arena de un espesor de 10 cm. Aunque estén ejecutados con morteros de cemento Portland, en obras antiguas suelen ser de cal hidráulica.
En esta imagen apreciamos una cimentación de mampostería, expuesta por el paso del tiempo.
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Universidad nacional autónoma de México- Arq. Pedro Urzúa Ramírez
Esta “obra negra” se encuentra en un pequeño pueblo ubicado a las afueras
de la ciudad de Tepic, rumbo al camino del poblado de Pantanal. La piedra utilizada en la cimentación se obtuvo de la región, según nos comentó el propietario de la construcción. Observamos también que el tipo de suelo se adecua a este tipo de cimentación.9 En zonas donde la piedra es abundante suele aprovecharse esta como material de cimentación. Para grandes construcciones es necesario efectuar en un laboratorio de ensayo pruebas sobre la resistencia de la piedra de que se dispone. Tratándose de construcciones sencillas, en la mayoría de casos resulta suficiente efectuar la prueba golpeando simplemente la piedra con una maceta y observando el ruido que se produce. Si este es hueco y sordo, la piedra es blanda, mientras que si es aguda y metálico, la piedra es dura. 10
Figura 1.11
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SISTEMAS Y PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS-Marco Alberto Ramírez Portillo; Jesus Manuel Minjares Aguilar; Román Arturo Ledezma Gutierrez; Carlos Omar Contreras Corona; Erick Michell Gil Rodriguez. 10
Centeno Zúñiga Ana Laura-CIMENTACIONES. Imagen de una cimentación de mampostería
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Figura 2. 12
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Imagen de cimientos de mampostería, la forma de los parejos.
Este tipo de cimiento es empleado generalmente en terrenos poco comprensibles, pues su uso en terrenos blandos conduce a dimensiones exageradas tanto en planta como en elevación 13. En general, el diseño de cimentaciones tiene por objeto proporcionar área de sustentación para impedir que el peso de la construcción lleve al terreno a un estado límite de falla. Para lograr lo anterior, se aplica un modelo simplificado de distribución de esfuerzos de comprensión debajo de la base de una cimentación rígida. En este modelo, se supone que los esfuerzos actúan uniformemente de acuerdo con la siguiente expresión 14:
En donde la fuerza equivale al peso ωs/t aplicado en una franja de 1m a lo largo del tramo analizado y el área corresponde al ancho B de la cimentación multiplicado por la longitud de la franja, es decir, 1m. La condición que rige el diseño de este tipo de cimentaciones es la siguiente, aplicable al terreno de desplante:
En donde el valor de la resistencia qR del terreno, a la que denominaremos esfuerzo de diseño del terreno, es obtenido por estudios de mecánica de suelos. Es importante no confundir este valor con el esfuerzo admisible del terreno, denominado también, desgraciadamente, resistencia del terreno y empleado antiguamente en el criterio de diseño por valores admisibles (diseño elástico)15. El valor de esfuerzo último qu producido por las cargas sobre el terreno en una longitud unitaria se obtiene mediante:
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Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández 15 Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández 14
Al igualar el esfuerzo de contacto de diseño qR con el esfuerzo último para un diseño con máxima economía y al despejar el ancho B, tendremos:
CÁLCULO DEL PERALTE DE LA CIMENTACIÓN
La transmisión de las cargas en cimentaciones de mampostería se realiza de acuerdo con un ángulo de falla de aproximadamente 60°. El Reglamento de Construcciones del DF considera que un talud de 1:1.5 satisface esta consideración. Por otro lado, el ancho de la parte superior de la cimentación, llamado corona (C), es usualmente fijado en 30 cm por razones constructivas 16.
Fig. 3 y 4 17 En las figuras anteriores puede apreciarse que, para calcular la altura H de cimiento, basta con conocer la magnitud del vuelo o volado (V), lo q ue logra por medio de: –Para cimientos de dos escarpios: V= (B-c)/2 16
Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández Fig.3 Cimiento de un escarpios. Fig.4 Cimiento de dos escarpios.
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–Para cimientos de un escarpio: V= B-c
Finalmente: H= 1.5 V
REVISIÓN POR CORTANTE DEL PERALTE OBTENIDO
El peralte obtenido de acuerdo con el criterio anterior puede revisarse por cortante en la sección vertical correspondiente a la unión entre el volado y la zona central. 18
Fig. 519
El cálculo de la fuerza cortante resistente se realiza multiplicando el área de la sección crítica por cortante (sombreada en la figura), en una longitud unitaria de la sección definida anteriormente, por el esfuerzo cortante resistente de la mampostería empleada. 20
En donde: v*= Esfuerzo cortante resistente de la mampostería empleada.
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Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández Fig.5. Imagen para hallar el peralte por cortante. 20 Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández 19
El cortante último se establece tomando la suma de fueras cortantes en cada una de las secciones analizadas y multiplicando dicha suma por el correspondiente factor de carga. Para cimientos de dos escarpios, dicha suma conduce. 21
Para cimientos de un escarpio, la expresión correspondiente es:
De acuerdo con el criterio general de diseño, se debe cumplir la condición:
En la condición anterior:
Tabla122
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Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández Tabla para hallar el pe ralte del cimiento.
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Tabla: Separaciones máximas que el RCDF establece considerando la presión de contacto con el terreno. Caso (1) mampostería ligada con mortero de cal. Caso (2) mampostería ligada con mortero de cemento
RECOMENDACIONES PARA CIMIENTOS DE MAMPOSTERÍA
La profundidad de desplante mínima de estos cimientos será de 60 cm, y para el caso de cimientos para bardas será de 50 cm. El ancho mínimo de la base no será menor de 60 cm, y, de preferencia, este ancho no deberá ser mayor de 1.20 m El ancho de la corona será de 30 cm, como mínimo y la pendiente del escarpio tendrá un ángulo de 60° o 1.5:1 En cimientos de lindero deberá verificarse la estabilidad del cimiento para el efecto de volteo. De no ser así, deberán existir cimientos perpendiculares a ellos con separaciones establecidas por el RCDF y sus Normas Técnicas. 23
RECOMENDACIONES SOBRE DISPOSICIÓN DE LA CIMIENTACIÓN
a) Para evitar la torsión de cimientos de lindero es necesario colocar cimientos perpendiculares con separaciones máximas que el RCDF establece considerando la presión de contacto con el terreno. El claro mencionado se refiere a la distancia entre los ejes de los cimientos perpendiculares, menos el promedio de los anchos medios de éstos. b) Es conveniente ligar los tramos de cimentación interior con dalas de liga o con cimientos de dimensiones mínimas, especialmente cuando en entrepiso se tiene una trabe coincidiendo con ese tramo. c) No es conveniente dejar sin ligar tramos de cimentación 24.
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Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández Estructuras de Concreto II – Ing. Luis Angel Montero Hernández
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