FUNDACIONES Cumplen la función de trasmitir al terreno t erreno las cargas que reciben de las columnas, tabiques, etc.
1. ¿Qué se entiende por fundaciones directas? ¿Cuáles son sus características? ¿Cómo se equilibra en cada caso la carga actuante “P”? Los diferentes tipos de fundación se clasifican por la forma en que descargan sobre el terreno. Las fundaciones directas son aquellas en que la descarga se produce en forma directa sin que exista algún elemento que reparta cargas sobre la fundación. La carga actuante N se equilibra por superficie de apoyo, donde entran en juego las tensiones tensiones en el contacto fundación-suelo fundación-suelo y las deformaciones deformaciones o asentamientos ligados ligados al bulbo bulbo de presiones que se genera por debajo del apoyo y a las características de los distintos estratos.
Podemos clasificarlas, clasificarlas, según la cantidad de columnas o tabiques que reciben, pueden ser: o
Bases aisladas (que reciben un solo elemento)
o
Bases combinadas (aquellas que reciben más de un elemento, por ejemplo, dos columnas)
Cuando dos o más bases aisladas de ellas se superponen por distintas causas que pueden ser: •
Cargas muy importantes
•
Baja capacidad portante del suelo
•
Columnas muy próximas entre sí
•
Combinación de los casos anteriores
Para solucionar el problema se nos puede ocurrir desplazar las bases apoyando las mismas en distintos planos de fundación pero los bulbos de tensiones se podrían superponer. La solución es una base única que reciba a ambas columnas. columnas. Se debe hacer coincidir el centro de presiones (lugar de paso de la resultante) con el baricentro de la base, evitando de este modo las excentricidades y momentos flectores. Como puede apreciarse, siguiendo el diagrama de momentos, entre las columnas la armadura principal de flexión debe disponerse arriba mientras que en los apoyos y en los voladizos debe ir abajo.
1
o
Zapa Zapata ta corri corrida da (rec (recib ibe e una una o var varias columnas como cargas concentradas y cargas distribuidas de muros)
Los Los sue suelo loss en en q que ue se adop adopta tan ne est stos os sist siste emas en general son blandos y de características resistentes bastante pobres, tens tensio ione ness adm admis isib ible less baj baja as “ viga vigass en en m dio elástico”, para la fundación de viviendas de asta 2 o 3 plantas.
Platea (elementos superficiales ue reciben gran número de columnas o tabiques) Se utilizan cuando el terreno tenga poca capacidad resistente, cuando resulte muy heterogéneo, lo que nos lleva a o
pensar en la posibilidad de que surjan a entamientos diferenciales o cuando aparezcan ubpresiones, en el caso que las napas freáticas se encuentren altas, or encima de la cota de subsuelo, o exista esta osibilidad futura, o cuando la super superfic ficie ie ocupa ocupada da por por las base basess resul resulte de aproximadamente el 50% del edificio. Para este tipo de fundación, lo más con eniente es tener columnas igua igualm lmen ente te sep separ arad adas as y con con carg cargas as igua iguales, y que la resultante de las accio ccione ness que que tra transm nsmite la estru struct ctu ura coincida con el baricentro de la platea. Con esto se logra una repartición uniforme de presiones y se evitan asentamientos diferenciales que ueden llegar a inclinar el edificio en conjunto. En cuanto al predimensionado del espesor: h = (10.L + 30) en cm h: espesor total de la placa en cm
L: Máxima Máxima separaci separación ón entre entre columna columnas, en metros. Si se tra trata de plac lacas ner nervu vurradas o alivi livia anadas, se puede incrementar unos 20 cm. En lo que respecta a armaduras se reco ien ienda coloc locar barra rras de diá diámetros tros más bien ien gr ndes, es decir, para tener pocas pocas barra barrass de diá diámet metro ro gran grande de en lug lug r de de much muchas as de pequ pequeñ eño o diám diámetr etro, o, por por prob proble le as de corrosión. Tipos:
2
a) las plateas planas son las más sencillas de construir pues no necesitan encofrados, su utilización puede resultar económica cuando las cargas y la separación entre columnas (*) no es importante, ya que el mayor volumen de hormigón utilizado se compensa con el ahorro en encofrados. b) Cuando (*) aumentan, los esfuerzos de flexión y corte que aparecen en la losa de fundación sumado a los problemas de punzonado nos llevan a adoptar las zapatas con capiteles que pueden ubicarse en la parte superior o inferior c) Cuando los capiteles se ubican en la parte inferior tienen la ventaja de quedar perdidos en el terreno de fundación, con lo cual nos deja una superficie de circulación plana, por otra parte generalmente se puede usar como encofrado el mismo suelo con las ventajas que esto implica desde el punto de vista económico y constructivo. d) Las plateas nervuradas no son otra cosa que una losa nervurada con una serie de nervios principales bajo las líneas de columnas y otros secundarios. Los nervios se pueden hacer por arriba de la losa cuando tiene alguna ventaja desde el punto de vista estructural pues los nervios funcionan como viga placa en las zonas centrales, pero presenta el inconveniente de requerir encofrados para su ejecución, además se requiere rellenar los huecos entre nervios con hormigón liviano u otro material y por encima colocar el piso. e) Con los nervios por debajo tiene la ventaja al igual que los capiteles que deja una superficie de circulación plana, y en general no requiere encofrados para su ejecución. f)
Si (*) aumentan las dimensiones necesarias son cada vez mayores y pasamos de la solución anterior a la losa alivianada o aligerada con lo cual se obtienen mayores alturas de sección, con ahorro de armaduras y volúmenes de hormigón razonables. Los huecos se logran disponiendo bloques de telgopor o elementos similares e incluso piezas huecas de hormigón a modo de encofrado perdido.
2. ¿Qué se entiende por fundaciones indirectas? ¿Cuáles son sus características? ¿Cómo se equilibra en cada caso la carga actuante “P”? Los diferentes tipos de fundación se clasifican por la forma en que descargan sobre el terreno. Las fundaciones indirectas generan resistencia al terreno por fricción/rozamiento en el fuste. También suelen denominarse “profundas” porque se producirá una transferencia de cargas hacia los mantos más profundos. La carga actuante “P” se equilibra por combinación combinación de dos tipos t ipos de resistencia: por tensiones normales en la punta del elemento (resistencia de punta) y por tensiones tangenciales en la superficie lateral del mismo (fuste).
Pueden ser: o Cilindros/ Pozos romanos Sistema de fundación semi-profunda que permite llevar las cargas a mantos resistentes desde los 4 a 20 m de profundidad. Son cilindros de diámetro superior a los 80 cm con un ensanche inferior. En su mayor parte es de hormigón de baja resistencia con escasa armadura y sólo superiormente están suficientemente armados y se ejecutan en hormigón estructural. Todos los cilindros son atados por un sistema de vigas de arriostramiento arriostramiento (vigas de fundación) a nivel superficial.
3
Resisten básicamente por punta, en algunos casos pueden tener alguna resistencia muy baja por fuste.
o
Pilotines
Los pilotines son pequeños pilotes perforados y hormigonados in situ, muy utilizados en la fundación de edificios pequeños de 1 a 2 plantas. Una de las grandes ventajas de este sistema, comparado con las bases aisladas es la rapidez de ejecución.
4
o
Pilotes
Existen varias maneras de clasificar los pilotes:
Según el modo de transmitir las cargas: a) Pilote columna o Pilotes de pun a ((ca carga rga transm transmiti itida da a un un e estr strato ato del suelo suelo basta bastante profundo) b) Pilotes de rozamiento ( fricción l ateral) c) Pilotes flotantes (debe evitarse, es cuando el estrato resistente se encuentra a profundidades tales que no es posible alcanzar el mismo con la punta del pilote)
Según el grado de empotramiento en el suelo: a) Pilotes enterrados (totalmente introducidos en el terreno en toda t oda su longitud) b) Pilote Pilotess libre libress (sol (solo o tiene tienen n su su par par e inferior dentro del terreno y la superior libre, tener en cuenta efectos de pandeo)
Según el material: Pueden Pueden ser de material materiales es diversos diversos,, com madera, acero, hormigón simple, armado o pr tensado, etc.
Según el tipo de solicitación: s olicitación: a) Pilotes de tracción t racción b) Pilotes de compresión
Segú Según n la la for forma ma de intr introd oduc ucci ción ón en el suelo : a) Pilotes de hinca (se introducen or percusión con equipos) b) Pilotes Pilotes perforad perforados os (encami (encamisado sado , pa para suel uelos más co compac pactos tos qu que n no o se se p pue ued de utilizar de hinca) c) Pilotes de hinca con lanza de ag a (con ayuda de chorro de agua a presión que fluidifica temporalmente el suelo, en suelos de tipo arenosos)
Según la forma de fabricación a) in situ: Sin camisa: 1) perforaci perforación ón con con hélice hélice o caz caz de orificio estable 2) limpieza de orificio con cazo 3) colocación de armadura 4) hormigonado con tubo tremie Encamisados: 1) perforaci perforación ón con con hélice hélice o caz cazo de orificio estable conteniendo las paredes paredes de de la perfora perforació ció con tubería 2) ejecución de tapón de punt 3) golpeo de tapón 4) desalojo de tapón de la ent bación 5) colocación de armadura 6) retiro de la tubería a la vez ue se hormigona
b) prefabricados
Cabezales: Debe tenerse en cuenta que debajo de na columna individual siempre deben existir al
enos 2 pilotes para
equilibrar la carga. La forma y di dimensión de de los ca cabezales depende fundamentalmente fundamentalmente de la cantidad de pilotes.
5
3. ¿Cómo determinar qué tipo de undación emplear? Son determi determinada nadass a partir partir de la magnitu magnitud de de la las cargas, el el ti tipo de de suelo y la la superficie n cesaria de la fundación. •
Elección Elecc ión del del tip tipo o de fundació fundación n e función de la superficie cubierta:
Peso e la construcción (t) = Área de la fundación Tensión ad isible del terreno (t/m²) •
Elección Elecc ión del del tip tipo o de fundació fundación n e función de la magnitud de las cargas:
1) Edificios pesados a) Suel Suelos os arc arcill illos osos os:: pilo piloti tin nes y vigas de encadenado, plateas, estabilización del suelo (excavación y sustitución con suelo co pactado) b) Suel Suelos os limo limoso soss o aren arenos os s: zapata corrida de HºAº o mampostería
2) Edificios semipesados semipesados a) Suel Suelos os arci arcill llos osos os:: des desca carrga puntual puntual ((colu columna) mna) o lineal lineal (paredes) (paredes) con bas bas s aisladas o combinadas, pilotines b) Suel Suelos os limo limoso soss o aren arenos os s: platea
3) Edif Edific icio ioss pes pesad ados os:: (no (no se tie tie e en cuenta el tipo de suelo superficial) pilotes e gran profundidad o grandes plateas
4. Qué cuidados debemos tener al momento de realizar trabajos de submuración a fin de evitar posibles desmoronamientos de tierra o ovimi ovimient entos os de cimien cimientos tos en en los cimien cimientos tos de de l os muros divisorios? Submurar: Construir un muro debajo de otro ya existente (genera generalme lmente nte del del propiet propietari ari lindero) al cual pasa a sostener. Debe realizar de tal forma que no se pong ponga a en peli peligr gro o la la est estab abil ilid idad ad ni la inte integ g idad del muro existente. Materiales utilizados: ladrillos macizos comunes omunes (hast (hasta a 3m 3m po porr el empuje empuje latera lateral), l), tabiqu tabiques de HºAª con doble malla, bloques macizados con Hº y armados, p treos treos natu natural rales. es. Ning Ningún ún el elem ement ento o de HºA HºAºº pue pue e atravesar el EDP.
Subpresión: presión que ejerce el agua esde abajo abajo hacia hacia arriba, al contrario contrario de la fuerz de gravedad, por capilaridad.
2 contrapisos: el más más próxi próximo mo al al terren terren (HHRP (HHRP 1:1/4:4: 1:1/4:4:8, 8, e ≥ 18cm) cumple cumple la función función de generar peso y de soportar las 2 capas aisladoras, y el 2do (HC 1:3:3 c/agregado canto rodado) también es para darle peso pero con cant canto o rod rodad ado o que que es es más más redo redond ndo o y co o va sobre la membrana flexible no la perfora. i el 2do es de HºAº será una losa invertida ya que la carga es antigra itacional (viene desde abajo).
Excavaciones: •
hasta 50 m³ pu puede h ha acerse a m no, con pico y pala o mini-retroescavadora
•
> 50 m³ se necesita maquinaria esada: retroescavadora
•
en ffran ranja ja en en form forma a alter alterna nada da pa pa a que el muro lindero no se desmorone
6
Proceso 1. Depresión de la napa con bombas 2. excavación de taludes El ángulo de descarga de las fuerzas de mampostería es de 60º. En HºAº no.
3. dividir en franjas de 1.2 a 2m de 1 al 6
4. retirar todos los taludes Nº 1
5. apuntalar todos los Nº1 6. construir todos los muros de submuración en los Nº1 (de ser HºAº será proyectado). Luego de 7 días repetir con los taludes intermedios el siguiente sería el Nº 4, y así sucesivamente.
BASES CENTRADAS 1. ¿Qué es una base centrada, cómo es su s u forma de trabajo y cómo es su deformación? ¿Cómo es el esquema estático de una base y la tensión del terreno? Son un ensanchamiento de la superficie de apoyo de la columna en el terreno, debido a que su tensión de trabajo es muy baja: 0.5 a 3 kg/cm² (en Bs As es de 2 a 2.5 kg/cm²). Trabajan a flexión y no a compresión, el terreno reacciona de abajo hacia arriba como carga uniformemente distribuida sobre toda la superficie, siendo mayor en los bordes, la base tiende a flexionarse hacia arriba. Se comporta como 4 ménsulas invertidas empotradas en el tronco de la columna. La armadura va ubicada en la parte inferior que es donde está la zona traccionada, como si fuese una losa cruzada. En general el Ø de las barras es de 10 ≤ ɸ ≥ 16, y la separación máxima es de 20cm para evitar evitar fisuras excesivas y prevenir la corrosión en las armaduras.
7
2. ¿Qué relación hay entre la superficie de la base y la tensión del terreno? Superficie de apoyo = N base (carga de servicio de la columna) σ terreno
(dato del estudio de suelo)
3. ¿Cómo se predimensiona una base? Datos necesarios: o
Ps
o
tronco
o
σadm terreno
1. Predimensionado 1.1. Superficie de contacto
A= 1.10 x Psbase
σadm terr
1.2. Altura de la base h
1.3. Altura del talón a3 a3 = h/3 ≥ 23 cm 2. Cálculo de solicitaciones j
M1= R1xV1
R1(kn)= Área (cm²) x qu (kn/cm²)
Si consideramos que de Ps: el 75%= PD y el 25%= PL Al mayorar las cargas: Pu= 1.3 x 1.1Ps
qu= Pu/ a1xa2 8
3. Determinación de los momentos nominales →→ determinar cuál es el > que corresponderá al As inferior
Mn1= M1 0.9 Mn2= M2 0.9 4. Verificación de la sección de hormigón
Mn1=
Mn1 d²x c2 x 0.85f’c
↘ TABLA mn →→ Ka
Mn2=
Mn2 ↗ (d-1)²x c1 x 0.85f’c ↑
As inferior
5.
Determinación de la armadura resistente
As1= Ka x c2 x d´ = cm² fy/0.85f'c As2= Ka x c1 x d = cm² fy/0.85f'c 6.
Elección del Ø y separación Ømín= Ø10 Sep.máx= 20cm restar 10 cm de cada extremo
As1= a2 - 20cm 20cm
←10cm de c/extr. ←separación
= Cantidad de barras → elección de Ø que cubra As1
As2= a1 - 20cm 20cm
←10cm de c/extr. ←separación
= Cantidad de barras → elección de Ø que cubra As2
7. Verificación al punzonado 7.1. Determinación del lado C 7.2. Determinacion del lado K
dk= c + 2d 7.3. Determinación del lado dr del prisma equivalente
dr= c + d
9
7.4. Cálculo del área de deslizamiento
A(cm²)= 4 x dr x d*
→ d*= se mide en el gráfico en escala
7.5. Determinación de la fuerza de unzonado Vp
Vp= 1.3 (1.1Ps) - (dr)² x qu 7.6. Determinación de la tensión de punzonado ʋp
→ c ando la relación de lados de la base ≤ 2 ʋp=
Vp ≤ ʋpadm 4 x dr x d1
→ si no verifica aumentar la altura de la base
4. ¿Cómo pueden calcularse los mom ntos que producen flexión en una base? El momento flector es el producto de la resultante de la carga distribuida por el brazo el stico.
5. En una base base de de super superfic ficie ie rect rectang angul ular ¿Cuá ¿Cuánt ntos os mome moment ntos os flect flector ores es debe deben n calc calcul ulaa se y cómo es la disposición de la armadura para cada uno de el los? Deben calcularse 2 momentos ( en las 2 diferentes diferentes direcc direcciones iones de de a1 y a2) y la dispos disposició ición es el de mayor sección tota totall en en la part parte e infe inferi rior or,, don donde de hay hay ma ma or tracción.
6. ¿Cóm ¿Cómo, o, dónd dónde e y por por qué qué se disp dispon on n las armaduras de una base? La arma armadu dura ra va ubic ubicad ada a en en la la par parte te infe infe ior que es es donde donde está la zona zona tracciona traccionada, da, com com si fuese una losa cruzada. En general el Ø de las barras es de 10 ≤ ≥ 16, y la separación máxima es de 20cm para vitar fisuras fisuras excesivas excesivas y prevenir la corrosión en las armaduras.
10
7. ¿Cuál es el recubrimiento mínimo para las armaduras de una base y por qué es mayor que en losas y vigas? Es de 6 a 10 cm , es mayor que en losas y vigas para evitar que la humedad del terreno entre en contacto con las armaduras corroyéndolas. corroyéndolas.
8. ¿Qué es el punzonado? ¿Afecta a la altura “d”? ¿Por qué? El punzonado se produce por la tendencia a la perforación de la base de un volumen de forma tronco-cónica que se desliza según un ángulo de 45º respecto al resto de la base.
Afecta a la altura "d" porque si no verifica se debe aumentar la altura de la base, a fin de que verifique.
BASES DE MEDIANERAS (EXCÉNTRICAS) 1. ¿Qué diferencia hay entre una base centrada y una de medianera? 2. ¿Cómo y por qué se produce el volcamiento en una base excéntrica? En una base centrada la resultante R del las tensiones reactivas del suelo pasan por la misma recta de acción de N, al desaparecer el sector punteado, la reacción del terreno es excéntrica con respecto a N, conformando un par de fuerzas que generan una cupla de magnitud: M= R x e que tiende a producir el giro o volcamiento. Se debe contrarrestar con otro par reactivo, reactivo, constituido por las fuerzas horizontales horizontales H: la inferior se materializa por el rozamiento de la base con el terreno y la superior mediante un tensor. Si las cargas son mayores a 600 KN es preferible la solución mediante bases combinada combinada o viga Cantilever.
**Al dimensionar el tensor se tiene en cuenta el momento volcador:
11
2. ¿Cómo es su forma de trabajo y cómo es su deformación? ¿Cómo es el esquema estático de una base excéntrica con tensor?
La base trabaja a flexión
El tensor trabaja a tracción El tronco de la columna trabaja a flexocompresión
Fig 1
.
3. ¿De qué depende la resistencia res istencia de rozamiento entre el hormigón y el suelo? Para evitar el desplazamiento de la base sobre el terreno deberá cumplirse que:
4. ¿Cómo se produce la flexocompresión en el tronco? ¿Cuál es la sección del tronco donde actúa el máximo Momento flector (Mu) y cómo se obtiene su valor? Si suponemos articulado el encuentro del tensor con la columna, el tronco se tenderá a flexionar con la deformación deformación punteada ↗fig 1↗, siendo su diagrama de momentos una función lineal. Por ello conviene incrementar también linealmente las dimensiones del tronco hasta duplicarla, donde alcanza su máximo valor en la sección a-a. Actuando un esfuerzo normal N de compresión que trasmite la columna y un momento flector Mu1, corresponde por lo tanto dimensionar dimensionar el tronco a flexocompresión, flexocompresión, con armadura simétrica en la sección a-a del cuello de la base, por ser la más comprometida comprometida debido a la reducción brusca de las dimensiones. 12
5. ¿Es con conven venien iente te que que la supe superfic rficie de apoyo sea cuadrada o rectangular? ¿Por q ué? En este este tipo de base base se se debe tratar tratar de n crecer crecer en exceso exceso con el lado perpendic perpendicular ular al e e medianero (a1) ,ya que con el crece la excentricidad y las fuerza fuerzas horizontales que restablecen el equilibrio. Se debe cumplir que: carga de servicio columna→ Ps= Pu/1.3
A = 1.05 x Ps Ps / σtadm A = a1 x a2 La col colum umna na debe debe tene tenerr la rigi rigide dezz sufi sufici cie e te para que la base, al ser cargada, no gire y su lano inferior se mantenga siempre horizontal, con lo cual las tensi nes transmitidas al suelo serán más o menos un iformes. La excentricidad e entre la carga Ps y R i duce un momen momento to flector flector en la column columna, a, que s transfiere desde la base hacia la estructura.
M=R x e Se debe tratar que M sea mínimo, como Ps no se puede modificar, para disminuir M la única posibilidad es achicar e, por esto la base se hace de forma recta gular con el mayor de los lados paralelo al eje edianero. Cuanto mayor resulte la relación entre 2/a1 menor será e. La relación entre a2/a1 técnica y econó icamente conveniente conveniente está en el orden de 1.5 2, es decir: a2 = λ . a1 ←con λ variable de 1,5 a 2.
6. ¿Cómo ¿Cómo se se dist distri ribu buye ye la la arma armadu du a en la zapata de la base medianera? ¿Por qué La mayor mayor sección sección requerid requerida a se encuentr encuentr en sent sentid ido o para parale lelo lo al eje eje me medi dian aner ero o porq porque ue d be absorber el momento M=R x e. 13
BASES CON VIGA CANTILEVER 1. ¿Cuándo se usa este sistema de fundación? Es una una fundac fundación ión dire directa cta y la solu solució ción n para bases excéntricas con cargas mayores a 600 n. Se elimina la compresión excéntrica en el tronco tronco y la presencia presencia del tensor. También denominada “viga centradora ya que mediante una base con cargas cargas centra centradas das se elimina elimina la la flexió flexión compuesta en la columna. Presenta dificultades constructivas y ec nómicas ya que la excavación para realizarla es hasta el nivel de fundación y la viga generalm generalmente ente posee posee una una altura altura de 1 m. Es una “viga “viga en en voladizo voladizo”” donde se se utiliza el principio fundamental de la palanca, la base medianera será tran transf sfor orma mada da en una una cen centr trad ada a y la la colu colu na no recibe recibe el moment momento o de la excentri excentricida cidad d d la base a través de un desvío de la carga.
2. ¿Cuál es su funcionamiento est uctural? Cons Consis iste te en carg cargar ar el tron tronco co de la colu olu na en el extr extrem emo o del del vola voladi dizzo de de u una na viga viga,, que que apoya a su vez en el troco de la base base vecina, vecina, la que que en conse consecuenc cuencia ia s comporta como un vínculo, y sobre el eje de la base en cuestión, que constituye el otro vínculo estático. Consideraciones: o la carg carga a de de la la C Col olum umna na 2 (d (derec erec a) debe ser suficientemente mayor que RB para que no exista
o
levantamiento. la dimensione de la Base 1 (izquierda) depende de las cagas de C1 y de RB. las dimensio dimensiones nes de la viga viga (h y b) estarán condicionadas a corte
o
la armadur armadura a principa principall estará estará en la parte superior ya que el momento es preponderantemente negativo
Caso 1
o
La dete determ rmina inació ción nd de e la fue fuerza rza R que que inci incide sobr obre la bas base cen centra trada se calc calcul ula a igu igual que que cualquier reacción de una viga, es decir tomando momentos al respecto de otro apoyo. Para Para reduc educir ir la altur ltura a del del co conjunt junto, o, se ej cuta al mismo nivel de la viga, lo que da lugar a una reacción distribuida en toda la base. Considerando el esquema n cantilever, disfrazada por la identificación, o l esquema invertido de la viga apoyada en las columnas y cargada parci parcial almen mente te con la reacci reacción ón unifor uniforme me del del te terre rreno, se verifica una disminución de del es esfuerzo d de e co corte y mo ento flector máximo (“viga centradora”).
14
Caso 2
El diagrama de momentos es igual al anterior, el valor que R se obtiene es el mismo. Para el predimensionado predimensionado conviene fijar un valor a= 1.5 a 2.5 m. Luego se obtiene R con la expresión (1) y se determina el valor b= P/ a σi
15
