Este autor (5) supone que bajo la cimentación existe una distribución de presiones uniforme o linealmente variable, y realiza el análisis de cada una de ellas tal como se muestra en los siguientes
numerales.
domingo, 10 de octubre de 2010
Caso de carga axial mediana: Análisis de zapata medianera con viga aérea, recomendado por José Calavera.
Caso de carga axial liviana: Análisis de zapata medianera recomendado por Enrique Kerpel.
Enrique Kerpel (10) hace las siguientes suposiciones:
· El equilibrio exige que la resultante de las presiones sobre el terreno se igual y opuesta a la carga vertical que actúa sobre la columna.
· Como la zapata no es simétrica con respecto a la columna y la condición anterior debe cumplirse de todas maneras, es evidente que se deben tener presiones mayores del lado izquierdo que del lado derecho, como se muestra en la Figura 17, o sea que no habrá reacción uniforme. La presión máxima se obtendrá en el lado de la columna.
· No se toma en cuenta el peso propio de la zapata
Figura 17. Modelo estructural de la zapata medianera sin momento aplicado en la columna presentado por Enrique Kerpel.
El método propuesto por Enrique Kerpel es aplicable para cargas axiales pequeñas. Para el dimensionamiento se utilizan las siguientes expresiones:
El diseño de una zapata medianera siguiendo el criterio de Kerpel, da como resultado zapatas muy alargadas, poco prácticas y antieconómicas. No requieren de viga de fundación, para efectos de estabilización.
Zapatas Medianeras.
Las zapatas medianeras (Figura 32) son aquellas que soportan una columna dispuesta de tal forma que una de sus caras coincida con el borde de la zapata. La necesidad de su uso es muy frecuente debido a las limitaciones de colindancia con las edificaciones adyacentes.
Figura 16. Zapata Medianera.
A continuación se expondrán las teorías expuestas por algunos autores para modelar y resolver el problema de las zapatas medianeras.
Ejemplo de Diseño de Zapata Aislada con Flexión Biaxial.
Se requiere diseñar la zapata mostrada en la figura con la siguiente información básica:
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-Dimensionamiento
-Diseño a flexión sección critica cara de la columna
-Resistencia a los esfuerzos de contacto (aplastamiento)
-Requerimiento de pedestal
Diseño de Zapatas con Flexión Biaxial.
Esta situación se presenta cuando la viga de amarre no toma momentos. La zapata entonces trabaja a carga axial y a momentos flectores sobre los ejes “x” y “y”, como se indica en la Figura 15.
De acuerdo con la Figura 15 (b) la carga de servicio P actúa a la distancia ex del eje “y” y ey del eje “x”; de modo que:
Si ex ex <= L/6 y ey <= B/6 toda la superficie bajo la zapata estará sometida a compresión con una distribución de presiones en forma de prisma rectangular truncado o rebanado por un plano inclinado, tal como se muestra en la
Figura 15 (a); lo cual dificulta el diseño de la zapata.
La distribución de presiones debajo de la zapata se pude expresar como :
Existen infinitos valores de B y L que cumplen esta desigualdad. Para facilitar la solución se supone q = qa (resultado del estudio de suelos) y B ³ 6ey, datos que reemplazados en la ecuación permiten despejar L^2 , dos raíces para la solución de L, de las cuales se elige la solución correcta.
En el evento de que ey = 2ex, la longitud en la dirección Y debe ser el doble de la dirección en X (B = 2L). Sin embargo, para evitar errores en la colocación del acero de refuerzo durante la construcción de la zapata, se recomienda considerar B = L.
sábado, 9 de octubre de 2010
Ejemplo de Diseño de Zapata con Flexión en una Dirección.
Se requiere diseñar la siguiente zapata mostrada en la figura con la siguiente información básica.
-Dimensionamiento
-Diseño a flexión sección critica cara del pedestal
-Refuerzo en sentido transversal o corto
-Resistencia a los esfuerzos de contacto (aplastamiento)
-Requerimiento de pedestal
Procedimiento de Diseño - Zapata de Flexión en una Dirección
· Se selecciona L de tal manera que L sea mayor que 6e (L>6e) y se despeja B, suponiendo que qmáx = qa (valor obtenido en el estudio de suelos).
Las parejas de L y B se determinan, de modo que la relación L/B esté comprendida entre 1.5 y 2.0 (relación que normalmente se utiliza).
Es importante advertir que si para la determinación de la carga de servicio P, se incluyeron combinaciones de sismo y de viento, la capacidad de carga del suelo, a q , puede ser incrementada en un 33%.
· Se mayoran las cargas de servicio.
· Se revisa el punzonamiento, utilizando para ello la presión promedia q .
· Se revisa la cortante bidireccional
· Se calcula el acero longitudinal, es decir, en el sentido del momento (acero principal).
· Se calcula el acero transversal. Teniendo como base el acero mínimo (0.0018 Bd), concebido como si fuera en una sola dirección.
Zapatas con Flexión en una Dirección.
Esta situación corresponde al caso de una zapata que transmite una carga de servicio P con una excentricidad e, de modo que M=P.e. En este caso, puede analizarse la distribución de presiones de una manera simplista asumiendo que las presiones tienen una variación lineal en la dirección L.
Se analizan dos situaciones:
Cuando la excentricidad es menor o igual que un sexto del ancho de la zapata (e £ L/6), se presenta compresión bajo toda el área de la zapata
(Figura 13 a y b). En este caso:
Cuando la excentricidad es mayor que un sexto del ancho de la zapata (e>L/6), una parte de ésta se encuentra exenta de presiones y para garantizar su estabilidad, se debe cumplir la condición que se explica con la Figura 14 en la cual, se deduce por equilibrio estático que:
Figura 13. Modelo estructural en zapata con flexión uniaxial, cuando e < L/6.
Figura 14. Zapata con flexión uniaxial, cuando e > L/6
Ejemplo de Diseño de Zapata Aislada.
Se desea diseñar una zapata concéntrica con la siguiente información básica:
Los elementos de la fundación se dimensionan para que resistan las cargas mayoradas y las reacciones inducidas. El área de apoyo de la base de la fundación se determina a partir de las fuerzas sin mayorar y el esfuerzo permisible sobre el suelo.
-Dimensionamiento
-Cortante por punzonamiento sección crítica a “d/2” de la columna (cortante bidireccional)
-Cortante directo sección crítica a “d” del pedestal (cortante unidireccional)
-Diseño a flexión sección crítica cara de la columna
-Resistencia a los esfuerzos de contacto (aplastamiento)
Detalles del refuerzo - Zapata Concéntrica.
De acuerdo con los artículos C.15.4.6 y C.15.4.7 el refuerzo longitudinal de la columna debe llevarse hasta el refuerzo inferior de la fundación, y debe terminarse con un gancho horizontal. En la suposición usual de columna empotrada en la zapata, este gancho horizontal debe orientarse hacia el centro de la columna, disposición que en la practica pocas veces se cumple, quizás por la dificultad de acomodar en poco espacio la cantidad de varillas que llegan a la zapata, muchas veces de diámetros grandes.
En el caso de zapatas medianeras, de acuerdo con los requisitos estipulados en el artículo C.21, se recomienda que las columnas tengan estribos en la porción embebida en la zapata para garantizar el confinamiento, de acuerdo con los requisitos estipulados en el artículo C.21.
De conformidad con lo establecido en el artículo C.15.8.2.1, la cuantía de refuerzo de la columna o pedestal que pasa a la zapata debe ser al menos 0.005, límite que equivale a la mitad de la cuantía mínima de la columna o pedestal.
En general, se debe revisar la longitud de desarrollo con respecto a la sección crítica. Si se seccionan varillas de refuerzo de diámetrtos pequeños la longitud de desarrollo se suele garantizar sin necesidad de ganchos.
Otros detalles importantes relacionados con el traslapo de las dovelas de transferencia, si se requieren, deben ser consultados en la norma.
viernes, 8 de octubre de 2010
Revisar el aplastamiento - Zapatas Concéntricas.
Como se observa en la Figura 12 se suele considerar que la presión de compresión que transmite la columna o pedestal se va disipando con el espesor h de la zapata, a razón de 2 horizontal por 1 vertical, desde el área A1 en su cara superior (área de contacto columna o pedestal – zapata), hasta el área A2 en su cara inferior.
La capacidad de carga por aplastamiento debe ser tal que:
Figura 12. Modelo Geométrico y estructural para la verificación del aplastamiento.
Tiene sentido hablar de aplastamiento cuando la resistencia nominal del concreto a la compresión de la columna (f’c de la columna), sea mayor que la resistencia nominal del concreto de la zapata (f’c de la zapata), y es más importante cuando la carga es transmitida por una columna de acero.
Si la capacidad de aplastamiento del concreto no es suficiente, el exceso se puede trasladar por el acero de refuerzo de la columna o dovelas si se requieren.
Revisar el momento para calcular el acero de refuerzo - Zapata Concéntrica.
(Artículo C.15.4.2). La sección crítica en la cual se calcula el momento mayorado máximo se determina pasando un plano vertical a través de la zapata, justo en la cara de la columna, pedestal o muro si estos son de concreto (Figura 10). Para los apoyos de columnas con placas de acero, en la mitad de la distancia entre la cara de la columna y el borde de la placa (Figura 11a) y para mampostería estructural, en la mitad de la distancia entre el centro y el borde del muro (Figura 11b).
El momento mayorado máximo será igual al momento de las fuerzas que actúan sobre la totalidad del área de la zapata, en un lado de ese plano vertical. Se puede expresar entonces:
Figura 10. Sección crítica para el cálculo del momento en zapata que soporta columna, pedestal o muro de concreto.
Figura 11. Sección crítica para el cálculo del momento en zapata que soporta columna metálica (a) y muro de mampostería estructural (b).
De acuerdo con los artículos C.15.4.3 y C15.4.4, el refuerzo resultante debe repartirse uniformemente a todo lo ancho de la zapata, con excepción del refuerzo transversal de zapata rectangulares, en donde una banda central de ancho igual al menor de la zapata debe tener uniformemente repartida una porción del refuerzo
total dada por la ecuación C.15-1, que se transcribe a continuación:
En cualquier caso, el refuerzo a flexión debe tener una cuantía mínima de 0.0018 en ambas direcciones.
En el evento en que la zapata pueda quedar sometida a solicitaciones de tensión, debe considerarse un refuerzo para flexión en su parte superior (o parrilla de acero superior), en la cuantía requerida o mínima y revisarse el acero que pasa a la columna a tensión.
Revisar cortante unidireccional - Zapata Concéntrica.
(Artículo C.11.12.1.1) Se refiere al efecto en el comportamiento de la zapata como elemento viga, con una sección crítica que se extiende en un plano a través del ancho total y está localizada a una distancia d de la cara de la columna, pedestal o muro si son de concreto (Figura 8). , o a partir de la distancia media de la cara de la columna y el borde de la placa de acero si este es el caso (Figura 9).
Figura 8. Cortante unidireccional en zapata que soporta columna, pedestal o muro de concreto.
Figura 9. Cortante unidireccional en zapata que soporta columna metálica.
Para el caso supuesto de zapata cuadrada, el esfuerzo cortante unidireccional, Vuud, está dada por:
Se debe cumplir que:
Revisar punzonamiento o cortante bidireccional - Zapata Concéntrica.
Artículo C.11.12.1.2. de la NSR 98 (1) ). Se refiere al efecto en que la zapata trata de fallar por una superficie piramidal, como respuesta a la carga vertical que le transfiere la columna o pedestal (Figura 6a).
En la práctica, para simplificar el problema, se trabaja con una superficie de falla o sección crítica perpendicular al plano de la zapata y localizada a d/2 de la cara de la columna, pedestal o muro si son de concreto (Figuras 6b,6c y 6d), o a partir de la distancia media de la cara de la columna y el borde de la placa de acero si este es el caso (Figura 7); con una traza en la planta igual al perímetro mínimo bo.
Figura 6. Cortante bidireccional en zapata que soporta columna, pedestal o muro de concreto.
Figura 7. Cortante bidireccional en zapata que soporta columna metálica.
Para el caso supuesto de zapata cuadrada, si se asume que debajo de ella se presenta una reacción uniforme del suelo dada por q = P/B2 , el esfuerzo cortante bidireccional, Vubd, será:
De acuerdo con el Artículo C.11.12.2.1, se deben cumplir las siguientes relaciones:
Suponer Espesor h de la Zapata - Concéntrica.
Esta suposición se hace sobre las siguientes bases conceptuales, estipuladas en la NSR 98:
· El espesor efectivo de la zapata por encima del refuerzo inferior no puede ser menor de 150 mm (dmin>150 mm, para zapatas apoyadas sobre suelo).
· El recubrimiento mínimo debe ser de 70 mm, para el caso en que la zapata esté apoyada sobre suelo natural. (Artículo C.7.7.1 a)
· El recubrimiento mínimo debe ser de 50 mm, para el caso en que la zapata esté apoyada sobre suelo de relleno y el acero de refuerzo que se deba recubrir sea f>5/8”.
· El recubrimiento mínimo debe ser de 40 mm, para el caso en que la zapata esté apoyada sobre suelo de relleno y el acero de refuerzo que se deba recubrir sea f£5/8”.
De acuerdo con estos conceptos, el espesor mínimo de una zapata será 190 mm, y corresponde al caso de una zapata reforzada con varillas con diámetro inferior a 5/8”, apoyada sobre un suelo de relleno (150 mm + 40 mm).
Con respecto a lo anterior se pueden hacer los siguientes comentarios:
· El recubrimiento funciona como una capa que rompe la capilaridad, protegiendo el acero de refuerzo. Cuando la zapata se apoya sobre un suelo de relleno granular como arenilla o grava, donde el fenómeno de la capilaridad no es tan importante, podría optarse por un recubrimiento menor.
· El solado que normalmente se vacía como actividad preliminar y preparatoria de la superficie sobre la cual se colocará la zapata, no es suficiente recubrimiento.
· Cuando se da un cambio de rigidez brusco entre los estratos del suelo se disminuyen las deformaciones horizontales; propiedad que se constituye en una forma indirecta de confinar el suelo por fricción. Esta ventaja se aprovecha en muchos casos prácticos, por ejemplo, cuando al construir un lleno se intercalan capas de geotextil con arenilla o con otro material de lleno. El resultado final es un aumento en la capacidad portante del suelo.
(Aunque por costos, en este caso particular, puede resultar más favorable mezclarle cemento a la arenilla, lo que se conoce como suelo - cemento).
jueves, 7 de octubre de 2010
Obtener la carga de servicio P - Zapata Concéntrica.
Esto significa que se debe “desmayorar” la carga última Pu obtenida del análisis estructural, dividiéndola por el factor de seguridad FG, el cual vale aproximadamente 1.5 para estructuras de concreto y 1.4 para estructuras de acero, o calcularla con cargas de servicio.
La carga última se “desmayora” con el propósito de hacerla conceptualmente compatible con la capacidad admisible del suelo qa, calculada por el ingeniero de suelos a partir de qu (presión última que causa la falla por cortante en la estructura del suelo), en la cual ya se involucra el factor de seguridad, de acuerdo con expresiones del siguiente tipo (válidas para suelos cohesivos):
se compensa con el peso propio de la zapata, por lo tanto, no hay necesidad
de considerar un porcentaje de P como peso propio, y en general se puede
despreciar.
de considerar un porcentaje de P como peso propio, y en general se puede
despreciar.
Diseño de Zapata Concéntrica.
Para el diseño de una zapata concéntrica (Figura 5) se deben llevar a cabo los siguientes pasos:
Figura 5. Zapata concéntrica
Refuerzo Transversal - Vigas de Fundación.
Deben colocarse estribos cerrados en toda su longitud, con una separación que no exceda la mitad de la menor dimensión de la sección o 300 mm. Para la viga mínima de 300 mm x 300 mm, la separación será entonces de 150 mm. Esta afirmación es válida cuando la zapata se diseña a flexión biaxial; en caso de que la viga de fundación resista momentos flectores provenientes de columna, debe cumplir los requisitos de separación y cantidad del refuerzo transversal que fije la Norma para el nivel de capacidad de disipación de energía en el rango inelástico del sistema de resistencia sísmica.
Refuerzo Longitudinal - Vigas de Fundación.
El acero de refuerzo longitudinal debe ser continuo. Las varillas de 3/4” en nuestro ejemplo pasan de una zapata a otra con el fin de garantizar el trabajo de tensión. Este refuerzo debe ser capaz de desarrollar fy por medio de anclaje en la columna exterior del vano final.
miércoles, 6 de octubre de 2010
Dimensiones mínimas - Vigas de Amarre.
Se establece que las vigas de amarre deben tener una sección tal que su mayor dimensión debe ser mayor o igual a la luz dividida entre 20 para estructuras con capacidad especial de disipación de energía (DES), a la luz dividida entre 30 para estructuras con capacidad moderada de disipación de energía (DMO) y a la luz dividida por 40 para estructuras con capacidad mínima de disipación de energía
(DMI).
La norma no menciona si la dimensión máxima especificada en el este artículo se refiere a la dimensión horizontal o a la vertical. En Medellín (DMO) por ejemplo, la máxima dimensión de una viga de amarre de 6 m de longitud sería L/30 = 6000/30 = 200 mm.
Esta viga, con una dimensión mínima de 100 mm, podría eventualmente desaparecer como elemento viga al quedar embebida en la losa de piso; situación que obliga a diseñar la zapata por flexión biaxial.
El aporte a la estabilización de zapatas medianeras.
En el caso de zapatas medianeras una viga de amarre no sólo ayuda a disminuir el valor de los asentamientos sino que también ayuda a mantener su estabilidad, ya sea actuando como un elemento tensor que se opone al momento volcador que le transfiere la columna a la zapata, o como un elemento relativamente pesado que a manera de palanca impide la rotación de la zapata al centrar la fuerza desequilibrante de la reacción en la fundación y la carga que baja por la columna.
La disminución de la esbeltez en columnas.
Una función estructural importante presenta la viga de fundación cuando se diseña y construye a cierta altura con respecto a la cara superior de las zapatas que une. La viga en este evento, al interceptar las columnas inferiores en su longitud, las biseca disminuyendo su esbeltez. En términos generales, debe procurarse que la viga de fundación sea lo más superficialmente posible para lograr menor excavación (y por ende mayor estabilidad lateral del suelo), mayor facilidad en la colocación del acero de refuerzo y en el vaciado del hormigón. En este caso el suelo sirve de formaleta, lo que constituye una gran ventaja económica.
El arriostramiento en laderas.
Esta función de las vigas de fundación tiene bastante aplicación por las características topográficas de nuestro entorno geográfico.
Por el desnivel del terreno, un edificio puede presentar irregularidad en altura, configuración geométrica que favorece la generación de esfuerzos de flexión en las columnas que pueden ser atendidos mediante vigas de fundación en dirección diagonal (Figura 4), las cuales al arriostrar el edificio, aportan rigidez a la zona más flexible y vulnerable. Debe cerciorarse que la edificación quede rígida en todas las direcciones.
Figura 4. Vigas para arriostramiento en edificios construidos en laderas.
El mejoramiento del comportamiento sísmico de la estructura.
Este criterio, de acuerdo con el artículo A.3.6.4.2 de la NSR-98 (1), establece que las vigas de fundación deben resistir una fuerza ya sea de tracción o de compresión (C ó T), dada por la expresión:
C ó T = 0.25 Aa Pu (2)
Donde:
Aa : Coeficiente que representa la aceleración pico efectiva para diseño. El valor de este coeficiente debe determinarse de acuerdo con lo estipulado en las secciones A.2.2.2 y A2.2.3 de las NSR–98 (1).
Pu: Valor de la fuerza axial mayorada o carga última correspondiente a la columna más cargada (comparando las dos fuerzas axiales a las cuales están sometidas las dos columnas unidas por la viga de amarre).
Por ejemplo, para la ciudad de Medellín el valor de Aa es de 0.20; por lo tanto, para este caso particular, C ó T = 0.05 Pu. Esto significa que una viga de fundación en Medellín debe resistir, a tracción o a compresión, una fuerza axial equivalente al 5% de la fuerza axial (Pu) que actúa sobre la columna más cargada que une la viga.
Para el valor de la fuerza Pu que se presenta en la mayoría de los casos prácticos, la fuerza de tracción o de compresión (C ó T) que actúa sobre la viga de fundación es muy inferior al valor de la fuerza a tracción o a compresión que puede resistir una viga de sección pequeña que usualmente se utiliza, por ejemplo, una viga de 300 mm X 300 mm reforzada de acuerdo con el criterio de refuerzo longitudinal mínimo para columnas (artículo C.10.14.8 (f) de la NSR-98 (1)), el cual especifica:
Esta afirmación se puede corroborar así:
Supóngase que la viga de fundación esté sometida a una fuerza axial de compresión C. De acuerdo con el artículo C.10.3.5.2 de las NSR-98 (1), la resistencia de diseño a fuerza axial de un elemento no preesforzado, reforzado con estribos cerrados, sometido a compresión, está dada por la expresión:
Remplazando para los valores particulares del ejercicio, se tiene:
C =0.80 x 0.70 x [0.85 x 21 x (3002 – 1136) + 420 x 1136] =1’155.472 N = 116 ton.
De acuerdo con lo expresado en la ecuación (2) para el caso particular de la ciudad de Medellín, una fuerza sísmica axial de compresión de 116 ton en la viga de amarre, implica una fuerza axial (Pu) en la columna más cargada de 116/0.05 = 2320 toneladas. Para cargas superiores a este valor tendría que aumentarse la sección de la viga.
Análogamente, supóngase que la viga de fundación esté sometida a una fuerza axial de tracción T. En este caso, la resistencia de diseño a fuerza axial de la viga (despreciando la resistencia a tracción del concreto), está dada por la expresión:
Este resultado indica que una viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, funciona adecuadamente siempre y cuando, la fuerza axial (Pu) que actúa sobre la columna más cargada no sea superior a 860 toneladas, equivalente a la carga gravitacional que sobre esta columna transmitiría un edificio de aproximadamente 25 pisos. A partir de este valor, sería necesario modificar la sección transversal de la viga de fundación, por este concepto.
En conclusión, para la mayoría de los casos prácticos la viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, resiste la carga sísmica en forma eficiente. Sin embargo, es importante advertir que concebida de esta manera, la viga de fundación no toma momentos del empotramiento columna – zapata; y que por lo tanto la zapata requiere diseñarse a flexión biaxial.
La viga de fundación de 300 mm x 300 mm, reforzada con 4f 3/4”, tiene sentido en suelos buenos, donde es poco probable la rotación de la fundación, y por lo tanto tiene mayor garantía de cumplimiento la condición de empotramiento columna – fundación.
En suelos blandos es preferible concebir las vigas de amarre como elementos estructurales que toman momento, y esto obligaría a aumentar la sección.
martes, 5 de octubre de 2010
Atención de momentos generados por excentricidades no consideradas en el diseño.
Esta función la ejerce la viga de fundación dependiendo del criterio que se adopte para su diseño.
· Criterio 1: Diseñar la viga de fundación para que tome los momentos y la zapata sólo atienda carga axial. En este caso, se debe considerar la viga en el análisis estructural, tal como se ilustra en la Figura 3
Figura 3. La viga de fundación toma los momentos resultantes del análisis estructural y la zapata la carga axial.
Algunos diseñadores no incluyen la viga en el análisis estructural, pero arbitrariamente la diseñan con los momentos obtenidos en los nudos columna - zapata.
· Criterio 2: Diseñar la zapata para que atienda el momento biaxial (o al menos en una dirección), criterio que se ajusta con mayor precisión a la suposición inicial de empotramiento entre la columna y la zapata. En este caso la viga de fundación se diseña únicamente para carga axial.
lunes, 4 de octubre de 2010
La reducción de asentamientos diferenciales.
El efecto de las vigas de fundación como elementos que sirven para el control de asentamientos diferenciales depende de su rigidez. En nuestro medio, el tamaño de las secciones de las vigas de fundación que normalmente se emplean (máx L/20), permite descartar cualquier posibilidad de transmisión de cargas entre una zapata y la otra. No se puede garantizar que una viga de fundación transmita momentos debidos a los asentamientos diferenciales de las zapatas, a menos que para ello tenga la suficiente rigidez.
Cuando una viga de fundación se proyecta con rigidez suficiente para controlar asentamientos diferenciales de la estructura, es necesario considerar la interacción suelo – estructura (ISE).
Un método que en ocasiones se ha empleado con el propósito de que la viga de fundación controle asentamientos diferenciales, es el de suministrar, como dato del ingeniero de suelos, el valor del asentamiento diferencial d que sufre la cimentación correspondiente a uno de los extremos de la viga; el cual induce sobre el otro extremo un momento M dado por:
En este caso, ilustrado en la Figura 2, para un valor determinado de d, se tiene que a mayor sección transversal de la viga, mayor será el momento inducido M.
Aquí la rigidez de la viga no estaría controlando el asentamiento diferencial d (que para el caso, es un dato y no una variable) sino el valor del momento, generando un diseño dicotómico, es decir que a mayor rigidez, se requiere más acero, lo cual no tiene sentido práctico, y por lo tanto no se recomienda. En este sentido, una viga de fundación no expresamente diseñada para reducir los asentamientos diferenciales y sin la suficiente rigidez no se recomienda considerarla en el diseño para atender este efecto.
Figura 2. Momento inducido en un extremo de la viga de fundación por el asentamiento diferencial.
domingo, 3 de octubre de 2010
Vigas de Fundación.
Las vigas de fundación (Figura 1) son los elementos estructurales que se emplean para amarrar estructuras de cimentación tales como zapatas, dados de pilotes, pilas o caissons, etc.
Figura 1. Cimentación con viga de fundación
A las vigas de fundación tradicionalmente se les han asignado las s funciones principales:
Y las siguientes funciones secundarias:
sábado, 2 de octubre de 2010
Cimentaciones Profundas.
Una cimentación profunda es una estructura cuya sección transversal es pequeña con respecto a la altura y cuya función es trasladar las cargas de una edificación a profundidades comprendidas aproximadamente entre 4 m y 40 m.
A diferencia de las cimentaciones superficiales, en una cimentación profunda, no solamente se presentan reacciones de compresión en el extremo inferior del elemento sino también laterales. En efecto, la cimentación profunda puede estar sometida a momentos y fuerzas horizontales, en cuyo caso, no solo se desarrollará una distribución de esfuerzos en el extremo inferior del elemento, sino también lateralmente, de modo que se equilibren las fuerzas aplicadas. En consecuencia, el comportamiento estructural de una cimentación profunda se asimila al de una columna.
Las cimentaciones profundas pueden ser de dos tipos: Pilotes o pilas
Los pilotes, que tienen máximo un diámetro del orden de 0.80 m, son comparativamente más flexibles que las pilas cuyo diámetro es superior a los 0.80 m. La respuesta frente a solicitaciones tipo sismo o carga vertical es diferente en cada una de estas dos estructuras.
Por las limitaciones de carga de un pilote individual, frecuentemente es necesario utilizar varios elementos para un mismo apoyo de la estructura, este es caso de una zapata aislada apoyada en varios pilotes. En otros casos, la situación puede ser aún más compleja: zapatas combinadas o losas de cimentación apoyadas en varios pilotes.
Cuando se utilizan pilas como sistema de cimentación, generalmente se emplea un elemento por apoyo. Las pilas están asociadas a cargas muy altas, a condiciones del suelo superficialmente desfavorables y a condiciones aceptables en los estratos profundos del suelo, a donde se transmitirán las cargas de la estructura.
En cuanto a los sistemas constructivos, los pilotes pueden ser preexcavados y vaciados en el sitio o hincados o prefabricados e instalados a golpes o mediante vibración o presión mecánica.
Cuando un pilote se hinca, a medida que se clava se está compactando el suelo, y por ende mejorando sus condiciones, en cambio, cuando el pilote se vacía, las características del suelo pueden relajarse.
Generalmente los elementos hincados son reforzados
Las pilas siempre son preexcavadas y vaciadas en el sitio. El sistema constructivo empleado, tendrá incidencia en el diseño.
Las pilas pueden o no ser reforzadas. En las zonas con riesgo sísmico importante conviene reforzarlas, al menos nominalmente.
viernes, 1 de octubre de 2010
Cimentaciones Superficiales.
Una cimentación superficial es un elemento estructural cuya sección transversal es de dimensiones grandes con respecto a la altura y cuya función es trasladar las cargas de una edificación a profundidades relativamente cortas, menores de 4 m aproximadamente con respecto al nivel de la superficie natural de un terreno o de un sótano.
En una cimentación superficial la reacción del suelo equilibra la fuerza transmitida por la estructura. Esta reacción de fuerzas, que no tiene un patrón determinado de distribución, se realiza en la interfase entre el suelo y la sección transversal de la cimentación que está en contacto con él. En este caso, el estado de esfuerzos laterales no reviste mayor importancia. En consecuencia, el comportamiento estructural, de una cimentación superficial tiene las características de una viga o de una placa.
Las cimentaciones superficiales, cuyos sistemas constructivos generalmente no presentan mayores dificultades pueden ser de varios tipos, según su función: zapata aislada, zapata combinada, zapata corrida o losa de cimentación.
En una estructura, una zapata aislada, que puede ser concéntrica, medianera o esquinera se caracteriza por soportar y trasladar al suelo la carga de un apoyo individual; una zapata combinada por soportar y trasladar al suelo la carga de varios apoyos y una losa de cimentación o placa por sostener y transferir al suelo la carga de todos los apoyos.
Las zapatas individuales se plantean como solución en casos sencillos, en suelos de poca compresibilidad, suelos duros, con cargas de la estructura moderadas: edificios hasta de 7 pisos.
Con el fin de darle rigidez lateral al sistema de cimentación, las zapatas aisladas siempre deben interconectarse en ambos sentidos por medio de vigas de amarre.
Las zapatas combinadas se plantean en casos intermedios, esto es, suelos de mediana compresibilidad y cargas no muy altas. Con esta solución se busca una reducción de esfuerzos, dándole cierta rigidez a la estructura, de modo que se restrinjan algunos movimientos relativos.
La losa de cimentación por lo general ocupa toda el área de la edificación.
Mediante esta solución se disminuyen los esfuerzos en el suelo y se minimizan los asentamientos diferenciales.
Las cimentaciones superficiales, cuyos sistemas constructivos generalmente no presentan mayores dificultades pueden ser de varios tipos, según su función: zapata aislada, zapata combinada, zapata corrida o losa de cimentación.
En una estructura, una zapata aislada, que puede ser concéntrica, medianera o esquinera se caracteriza por soportar y trasladar al suelo la carga de un apoyo individual; una zapata combinada por soportar y trasladar al suelo la carga de varios apoyos y una losa de cimentación o placa por sostener y transferir al suelo la carga de todos los apoyos.
Las zapatas individuales se plantean como solución en casos sencillos, en suelos de poca compresibilidad, suelos duros, con cargas de la estructura moderadas: edificios hasta de 7 pisos.
Con el fin de darle rigidez lateral al sistema de cimentación, las zapatas aisladas siempre deben interconectarse en ambos sentidos por medio de vigas de amarre.
Las zapatas combinadas se plantean en casos intermedios, esto es, suelos de mediana compresibilidad y cargas no muy altas. Con esta solución se busca una reducción de esfuerzos, dándole cierta rigidez a la estructura, de modo que se restrinjan algunos movimientos relativos.
La losa de cimentación por lo general ocupa toda el área de la edificación.
Mediante esta solución se disminuyen los esfuerzos en el suelo y se minimizan los asentamientos diferenciales.
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