TEMA:
VIGAS DE CIMENTACIÓN
DOCENTE: ING. GUMERCINDO FLORES
INTEGRANTE:
-ACUÑA LLEMPEN DARWIN 0200813040 -CARDENAS VEGA ALIN JOE 0200813043
DISEÑO DE CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADO 1.- INTRODUCCION La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente. Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o en menor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentación y por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.
2.- EL SUELO DE CIMENTACION El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relación a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones.
3.- TIPOS DE CIMENTACIONES: Dependiendo de la ubicación y de las características de los estratos resistentes de suelos, las cimentaciones se clasifican en cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas. Entre las cimentaciones superficiales destacan los plintos aislados, las zapatas corridas, las zapatas combinadas, las vigas de cimentación y las losas de cimentación.
DISEÑO DE CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADO 1.- INTRODUCCION La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente. Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o en menor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentación y por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.
2.- EL SUELO DE CIMENTACION El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relación a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones.
3.- TIPOS DE CIMENTACIONES: Dependiendo de la ubicación y de las características de los estratos resistentes de suelos, las cimentaciones se clasifican en cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas. Entre las cimentaciones superficiales destacan los plintos aislados, las zapatas corridas, las zapatas combinadas, las vigas de cimentación y las losas de cimentación.
Entre las cimentaciones profundas se suelen utilizar los pilotes prefabricados hincados, los pilotes fundidos en sitio .
4.- CIMENTACIONES DIRECTAS 4.1 Definiciones 1 .- Una cimentación cimentación directa es aquella que reparte reparte las cargas de la estructura estructura en un plano de apoyo horizontal (véase Figura 4.1). Las cimentaciones cimentaciones directas se emplearán para trasmitir al terreno las cargas de uno o varios pilares de la estructura, de los muros de carga o de contención de tierras en los sótanos, de los forjados o de toda la estructura. 2 .- Cuando las condiciones lo permitan se emplearán cimentaciones cimentaciones directas, que habitualmente, pero no siempre, se construyen a poca profundidad bajo la superficie, por lo que también son llamadas cimentaciones superficiales.
3
Los tipos principales de cimientos directos y su utilización utilización más usual se recogen en
la tabla 4.1. Figur 4.2.
Una cimentación directa es aquella que reparte las cargas de la estructura en un plano de apoyo horizontal. Las cimentaciones directas se emplearán para trasmitir al terreno las cargas de uno o varios pilares de la estructura, de los muros de carga o de contención de tierras en los sótanos, de los forjados o de toda la estructura.
4.1.1 Zapatas aisladas 1 .- Cuando el terreno sea firme y competente, se pueda cimentar con una presión media alta y se esperen asientos pequeños o moderados, la cimentación normal de los pilares
de
un
edificio
estará
basada
en
zapatas
individuales
o
aisladas.
2 .- En general, las zapatas interiores serán de planta cuadrada, tanto por su facilidad constructiva como por la sencillez del modo estructural de trabajo. Sin embargo, podrá convenir diseñar zapatas de planta rectangular o con otra forma, entre otros, en los siguientes casos: a) Las separaciones entre crujías sean diferentes en dos sentidos perpendiculares; b) Existan momentos flectores en una dirección; c)
Los pilares sean de sección rectangular;
d) se haya de cimentar dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación; e)
3.-
Casos especiales de difícil geometría.
Si los condicionantes geométricos lo permiten, las zapatas de medianería serán de
planta rectangular, preferentemente con una mayor dimensión paralela a la medianería, y las de esquina de planta cuadrada. 4 .- Desde el punto de vista estructural se tendrán en cuenta las prescripciones de la instrucción EHE (Figura 4.3), y se considerarán estructuralmente rígidas las zapatas cuyo vuelo v, en la dirección principal de mayor vuelo, sea menor o igual que dos veces el canto h (v ≤ 2h). Las zapatas se considerarán flexibles en caso contrario (v>2h). Esta
definición de rigidez estructural no presupone ningún comportamiento específico sobre la distribución de presiones en el terreno y se incluye en este DB al sólo efecto de
diferenciarla
del
concepto
de
rigidez
relativa
descrito
en
4.2.1.2.
5 .- Las zapatas aisladas se podrán unir entre sí mediante vigas de atado o soleras, que tendrán como objeto principal evitar desplazamientos laterales. En especial se tendrá en cuenta la necesidad de atado de zapatas en aquellos casos prescritos en la Norma de Construcción Sismorresistente NCSE vigente. 6 .-
Podrá ser conveniente unir zapatas aisladas, en especial las fuertemente
excéntricas como son las de medianería y esquina, a otras zapatas contiguas mediante vigas centradoras para resistir momentos aplicados por muros o pilares, o para redistribuir cargas y presiones sobre el terreno (véase Figura 4.4). Para cumplir este cometido se podrá disponer asimismo de otras múltiples posibilidades de diseño (contribución de forjados, introducción de tirantes, etc.), debiendo justificarse en cada caso. 7 .- En el caso de vigas de atado o vigas centradoras hormigonadas directamente sobre el terreno, deben considerarse los posibles esfuerzos derivados del asiento previsto en las zapatas unidas por ellas. Del mismo modo se considerarán los efectos derivados de cualquier otro movimiento relativo que pueda inducir esfuerzos sobre dichas vigas y sobre los demás elementos de cimentación unidos por ellas. En especial no se considera aconsejable recurrir al apoyo directo de las vigas de unión entre zapatas en el caso de cimentar sobre terrenos metaestables (expansivos o colapsables).
4.1.2 Zapatas combinadas y corridas 1.-
Cuando la capacidad portante del terreno sea pequeña o moderada, existan
varios pilares muy próximos entre sí, o bien las cargas por pilar sean muy elevadas; el dimensionado de los cimientos puede dar lugar a zapatas aisladas muy cercanas, incluso solapadas. En ese caso se podrá recurrir a la unión de varias zapatas en una sola, llamada zapata combinada cuando recoja dos o más pilares, o zapata corrida cuando recoja tres o más alineados. 2.-
El diseño de zapatas combinadas o corridas podrá ser recomendable para evitar
movimientos o asientos diferenciales excesivos entre varios pilares, ya sea por una variación importante de sus cargas o por posibles heterogeneidades del terreno de cimentación. 3.-
Asimismo, si en la base de pilar se producen momentos flectores importantes, lo
que puede dar lugar a excentricidades grandes, las zapatas combinadas y corridas podrán constituir una solución apropiada, ya que podrán facilitar que, en su conjunto, la carga total se sitúe relativamente centrada con el centro de gravedad de la zapata. 4.-
La forma habitual en planta de las zapatas combinadas será la rectangular,
aunque ocasionalmente podrá resultar conveniente emplear zapatas combinadas de formas irregulares, particularmente de planta trapecial.
a. ZAPATAS CORRIDAS: Se las utilizan para cimentar muros o elementos longitudinales continuos de distintos materiales como hormigón o mampostería.
b. Zapatas Combinadas: Se las suele emplear para integrar el funcionamiento de una zapata inestable o ineficiente por sí sola, con otra zapata estable o eficiente, mediante una viga de rigidez.
Vigas de Cimentación: Se las emplea en suelos poco resistentes, para integrar linealmente la cimentación de varias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas de cimentación en dos direcciones, se forma una malla de cimentación.
e. Losas de Cimentación: Se emplean en suelos poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentación de varias columnas. Cuando al diseñar la cimentación mediante plintos aislados, la superficie de cimentación supera el 25% del área total, es recomendable utilizar losas de cimentación.
Cuando las combinaciones de carga incluyan el efecto de solicitaciones eventuales como sismos y viento, los esfuerzos admisibles pueden incrementarse en un 33.3%. Los asentamientos de las estructuras deberán calcularse incluyendo el efecto en el tiempo de suelos compresibles o consolidables como arcillas y suelos orgánicos. El recubrimiento mínimo para el hierro, cuando el hormigón es fundido en obra en contacto con el terreno y queda permanentemente expuesto a él, es de 7 cm.
Los plintos deberán diseñarse para resistir fuerzas cortantes en cada dirección independientemente, tomando como sección crítica a una distancia d desde la cara de las columnas o elementos verticales.
La capacidad resistente a cortante tipo viga del hormigón se calcula con la siguiente expresión empírica:
Donde tanto f’c como vc se expresan en Kg/cm 2. Los plintos deberán diseñarse para resistir fuerzas cortantes de punzonamiento en d os simultáneamente, tomando como sección crítica a aquella que se ubica a una distancia
d/2 alrededor del elemento vertical de carga (columna, muro de corte, etc.).
La resistencia al cortante por punzonamiento que puede desarrollar el hormigón se calcula con la siguiente expresión empírica:
Donde tanto f’c como vc se expresan en Kg/cm 2. La sección crítica de flexión en una dirección se ubicará en las caras de los elementos verticales de carga.
En cimentaciones de muros de mampostería, la sección crítica de diseño a la flexión se considerará ubicada en la mitad, entre el eje medio y el borde del muro.
En zapatas reforzadas en una dirección y en zapatas cuadradas reforzadas en dos direcciones, el refuerzo debe distribuirse uniformemente a través del ancho total de la zapata. En zapatas inclinadas o escalonadas, el ángulo de inclinación o la altura y colocación de los escalones serán tales que se satisfagan los requisitos de diseño en cada sección.
Las zapatas inclinadas o escalonadas que se dimensionen como una unidad, deben
Arriostramiento de zapatas.
La viga de atado con acciones sísmicas viene dimensionada de acuerdo a sus esfuerzos.
Eneste caso la calidad del hormigón de la solera debe coincidir con la calidad del hormigón de la cimentación.
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
1. Diseñar la zapata conectada que se muestra en la La columna exterior P 1 está sujeta a La columna interior P 2 está sujeta a
PD =70 t, PD =120 t,
figura. PL= 26 t PL= 45 t
La capacidad permisible del terreno al nivel del fondo de cimentación es de: 3.5 kg/cm2 S/C piso=0.4 t/m2 σt =
hf = 1.5m f´c=210 kg/cm2
C1: C2:
SOLUCIÓN Dimensionamiento Zapata exterior
0.50 * 0.50 cm2 D=0.70 m (columna circular)
ɣm=2.0
t/m3 f y=4200 kg/cm2
DONDE:
Usar T X S = 2.55 x 1.35 m2
VIGA DE CONEXIÓN
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA EXTERIOR
DISEÑO DE LA VIGA DE CONEXION
Sección de Momento Máximo,Xo≤S
REFUERZO EN LA CARGA INFERIOR
DISEÑO POR CORTE
CONFORME
DISEÑO DE LA ZAPATA EXTERIOR
DISEÑO POR CORTE
DISEÑO POR FLEXIÓN
DISEÑO DE LA ZAPATA INTERIOR
VERIFICACIÓN POR PUNZONAMIENTO
VERIFICACIÓN POR CORTE
DISEÑO POR FLEXIÓN
2. EJERCICIO
3. EJERCICIO