CIMENTACIONES CIMENT ACIONES COMBINADAS 1.
Introducción
Cuando se construye construye una fundación, fundación, es función función del encargado encargado de la construcción construcción la verificación en el terreno de las condiciones del suelo y de todas las condiciones asumidas por el laboratorio de suelos y el ingeniero estructural. Según las cargas que sobre ellas recaen las fundaciones son de los siguientes tipos: Profundas (puntuales), Superficiales (ineales) y mi!tas. Cuan Cuando do el sue suelo es muy blan blando do las las funda undaci cion ones es supe superf rfic iciiales ales no son son reco recom menda endada das s
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convirti"ndose as# en fundaciones mi!tas que son elementos formados por una fundación profunda y una superficial. Por e$emplo% en determinada construcción &ay un estrato de suelo blando la solera de fundación puede refor'arse con pilotes de tal manera que la fundación queda compuesta por pilotes los cuales transmiten carga al suelo por presión ba$o su base y sobre estos una solera de fundación que transmite la carga a los pilotes a 'apa 'apata ta combi combina nada da se util utili' i'a a cuan cuando do las las colum columna nas s de una una edif edific icaci ación ón se encuentran separadas por una distancia corta. 2.
Objetivos Comprender el concepto de fundaciones combinadas. Cono Conoce cerr cuan cuando do es cuan cuando do se debe ebe empl emplea earr el uso uso de 'apa 'apattas combinadas. ncontrar ecuaciones que nos ayuden a calcular dic&as fundaciones.
3.
Marco Teórico
na 'apata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o m*s pilares. n principio las 'apatas aisladas sacan provec&o de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento m*s estabili'ado y sometido a un menor momento resultante. 3.1. Tios de ci!entaciones co!binadas. 3.1.1. "aata Ais#ada as +apatas isladas son un tipo de Cimentación Superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares% de modo que esta 'apata ampl#a la superficie de apoyo &asta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. as 'apatas aisladas van arriostradas con riostras de &ormigón armado de sección inferior a la 'apata. Pueden e$ecutarse de &ormigón en masa, es decir sin armar, si las mismas tienen un canto considerable (son las denominadas 'apatas maci'as).
Dise$o
Para construir una 'apata aislada deben independi'arse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturale'a &eterog"nea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio est"n sobre el plano de los cimientos, sin cortar 'apatas ni riostras. Para todo tipo de 'apata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado - cm. en el estrato del terreno.
a profundidad del plano de apoyo se fi$a bas*ndose en el informe geot"cnico, sin alterar el comportamiento del terreno ba$o el cimiento, a causa de las variaciones del nivel fre*tico o por posibles riesgos debidos a las &eladas. s conveniente llegar a una profundidad m#nima por deba$o de la cota superficial de / u 0 cm. en aquellas 'onas afectadas por estas variables. n el caso que el edificio tenga una $unta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola 'apata para los dos soportes. Conviene utili'ar &ormigón de consistencia pl*stica, con *ridos de tama1o alrededor de 2 mm. n la e$ecución, y antes de ec&ar el &ormigón, disponer en el fondo una capa de &ormigón pobre de apro!imadamente / cm de espesor, antes de colocar las armaduras. 3.1.2. "aata Corrida as +apatas Corridas se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrec&ada cónicamente. Sus dimensiones est*n en relación con la carga que &an de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno. Por practicidad se adopta una altura m#nima para los cimientos de &ormigón de 3 cm. apro!imadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo en cuenta el *ngulo de reparto de las presiones. n el caso de que la tierra tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se utili'ar*n encofrados. Si los cimientos se reali'an en &ormigón apisonado, pueden &ormigonarse sin necesidad de los mismos. Si los traba$os de cimentación debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la $unta vertical para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. simismo colocar unos &ierros de armadura refor'ar* esta unión.
3.1.3. %osa de ci!entación ste tipo de cimentación es una 'apata combinada que cubre toda la superficie ba$o una estructura que soporta varias columnas y muros as losas de cimentación se prefieren a veces para suelos de ba$a capacidad de carga pero que tienen que soportar grandes cargas de columnas y4o muros. 5a$o ciertas condiciones, las 'apatas corridas tienen que cubrir m*s de la mitad de la superficie ba$o un edificio, y entonces las losas de cimentación resultan m*s económicas.
"aatas co!binadas de &or!a rectan'u#ar as 'apatas combinadas de forma rectangular se utili'an cuando la separación entre columnas cercanas con cimientos cuadrados se unen para formar uno solo de forma rectangular y si la 'apata puede continuarse m*s all* de la columna interior a una distancia suficiente y la columna e!terior tienen una carga m*s ligera. Como se muestra en la figura.
"aata co!binada de &or!a rectan'u#ar n este tipo de cimentación los esfuer'os transmitidos al suelo son distribuidos uniformemente. l dise1o de las 'apatas rectangulares consiste en determinar la locali'ación del centro de gravedad de las cargas que proporcionan las columnas, de tal manera que utili'ando el anc&o y la longitud &acer coincidir el centroide del *rea con la resultante de cargas. "aata co!binada trae(oida# as 'apatas de forma trape'oidal desarrollan pr*cticamente la misma función que una de forma rectangular, pero adem*s se utili'an cuando e!iste el problema de lindero en la propiedad, es decir que la 'apata no se pueda e!tender m*s all* de los l#mites del terreno, tambi"n se utili'a cuando no es posible dise1ar como 'apata rectangular por e!istir columna muy cercana o por e!istir una 'apata aislada para algún monta$e especial. Para la solución y dise1o de esta cimentación, se basa en ecuaciones simult*neas que nos dan la m#nima *rea requerida del trapecio y su centroide para poder dimensionar los anc&os.
"aata co!binada trae(oida# sta cimentación al igual que la forma rectangular, se busca &acer coincidir la resultante de las cargas con el centroide del *rea de la 'apata. 6ebido a la variación en el anc&o nos proporciona, un diagrama de cortante con una curva de segundo grado y un diagrama de momento de tercer grado. S78(9c48).
"aata en vo#adi(o ste tipo de construcción de 'apata combinada usa una contratrabe para conectar una cimentación de columna e!c"ntricamente cargada con la cimentación de una columna interior (figura /.ld). as 'apatas en voladi'o se usan en ve' de las 'apatas combinadas trape'oidales o rectangulares cuando la capacidad de apoyo admisible del suelo es alta y las distancias entre las columnas es grande
as cimentaciones combinadas se usan cuando las dimensiones de las 'apatas de las columnas e!teriores est*n condicionadas por los l#mites de propiedad gener*ndose e!centricidades en la 'apatas. a presión del suelo no es uniforme. Se usa para unir la columna e!terior con la interior adyacente y as# reducir dic&a e!centricidad, logrando que la reacción del suelo sea uniforme. 3.2. "aatas co!binadas )ue soortan dos o !*s co#u!nas ste tipo de 'apatas se utili'a en edificios donde la presión del suelo admisible es suficientemente grande para que puedan proyectarse 'apatas individuales en la mayor parte de las columnas, las 'apatas para dos columnas se &acen necesarias en dos situaciones:
Cuando las columnas est*n tan cerca del l#mite de la propiedad que no se pueden construir 'apatas individuales sin sobrepasar este l#mite.
Cuando algunas columnas adyacentes est*n tan cerca entre s# que sus 'apatas se traslapan.
3.3. "aatas )ue soortan !*s de dos co#u!nas Cuando la capacidad de carga del subsuelo es ba$a de modo que se &acen necesarias grandes *reas de contacto, las 'apatas individuales se rempla'an por 'apatas en fran$as continuas que sostienen m*s de dos columnas y por lo general todas las columnas en una fila. n algunos casos estas fran$as se disponen en dos direcciones, en cuyo caso se obtienen una cimentación reticular. as cimentaciones por fran$as pueden proyectarse para que se desarrollen un *rea de contacto muc&o mayor, lo cual resulta m*s económico que
proyectar
'apatas individuales, puesto que en las fran$as individuales representan vigas continuas cuyos momentos son muc&o menores que los momentos en voladi'os de las grandes 'apatas individuales que se e!tienden distancias considerables desde la columna en las cuatro direcciones.
n general en este caso es una buena pr*ctica dimensionar el cimiento de forma que el centro de gravedad de su superficie en planta coincida sensiblemente con el de las acciones. sto se puede conseguir con varias formas% una de ellas consiste en construir la 'apata de anc&o constante, de forma que el centro de gravedad del rect*ngulo de la planta de la 'apata coincida con el punto de paso de la resultante de las cargas de los dos pilares, esto mismo puede alcan'arse con otras formas de planta, como por e$emplo la trape'oidal, pero ello tiene el inconveniente de complicar muc&o el acero de refuer'o, al organi'ar las barras de longitud variable, por lo que rara ve' se recurre a esta solución. ctualmente, por motivos económicos se tiene a dar a las 'apatas combinadas canto constante, aunque a veces, en casos particulares, se emplea la solución indicada en la figura de ; invertida.
l caso m*s general es de dos cargas con dos momentos como apreciamos en la siguiente figura% es simple de resolver estableciendo el equilibrio con la resultante < de la siguiente manera:
Para determinar la resultante empleamos la siguiente formula:
x =
N 2 x 2− M 1− M 2 N 1+ N 2
Con este formula queda definida la posición de la resultante. Si es posible, el cimiento, generalmente de planta rectangular, se dispone conc"ntrico con <, con lo cual se tiene la venta$a de que las presiones sobre el suelo, si el cimiento va ser r#gida, pueden considerarse uniformes. n la pr*ctica esto frecuentemente no es posible ya que e!isten diferentes combinaciones de acciones a las que corresponden distintos valores y posiciones de <. Si la coincidencia del centro de gravedad en planta del cimiento con el punto de paso de la resultante no puede conseguirse, la distribución de presiones es variable. n ese caso a partir del valor < y de su e!centricidad =e> respecto al centro de gravedad de la planta de la 'apata, se aplica al m"todo e!puesto anteriormente para calcular la distribución. na ve' dimensionado en planta el cimiento, de acuerdo con la presión admisible, el valor de < y su peso propio, debe ante todo calcularse su sección para que la pie'a pueda ser considerada como r#gida.
l 2 ≤ 1.75
l 1 ≤ 0.88
√ 4
4 E c I c
K c b
√ 4
4 E c I c
K c b
Si las tres relaciones anteriores no se cumplen, el cimiento debe ser calculado como fle!ible. a &ipótesis de rigide' del cimiento debe ser verificada siempre, salvo que resulte evidente. ?o debe olvidarse que si dic&a &ipótesis no resulta cierta las presiones ba$o las 'onas pró!imas a las columnas ser*n mayores que lo prevista y menores en las 'onas ale$adas. 6esde el punto de vista estructural del cimiento, esto es favorable, pues al acercar, en definitiva, las cargas a las columnas, se reducir*n tanto los esfuer'os cortantes como los momentos flectores. Sin embargo, esto es desfavorable desde el punto de vista del suelo, ya que las presiones m*!imas sobre este ser*n mayores de lo previsto.
Distribución de resiones en e# sue#o co!o (aata r+'ida , &#e-ib#e. 3.. A#icación de Ci!entación co!binada ste tipo de cimentación puede ser conveniente en los siguientes casos: a. Columnas muy Cercanas entre si Para esta condición si se usar*n 'apatas aisladas, podr#an traslaparse o bien podr#an resultar de proporciones poco económicas. s conveniente que el punto de aplicación de la resultante de las cargas actuantes coincida con el centro de gravedad de la 'apata combinada para poder considerar una reacción uniforme repartida del terreno. Columna !terior muy cercana del l#mite de propiedad n el caso de tener dos l#mites que impidan desarrollar la longitud necesaria para reacción uniforme, entonces la reacción ser* linealmente variable.
3./. Costos ?o fue sino despu"s de 8 a1os que especialistas de otros pa#ses reconocieron las virtudes de los sistemas de cimentación mi!tos, como un medio eficiente de transferir cargas estructurales al subsuelo (5urland, -@AA), a menor costo (Bansbo, -@02), y reduciendo tanto los asentamientos totales como los diferenciales. os enfoques previos despreciaban la contribución de la losa de cimentación, asignando toda la capacidad de carga a los pilotes. Sin embargo, durante los eventos s#smicos del -@ y 8 de septiembre de -@0/ se tuvo evidencia de la vulnerabilidad de las cimentaciones mi!tas con ca$ón y pilotes de fricción construidas en la ciudad de "!ico. sualmente estas cimentaciones contaban con pilotes en número, longitudes, materiales y secciones transversales muy diversas, &incados en la Dormación rcillosa Superior (DS), y con un ca$ón r#gido de concreto refor'ado desplantado a una profundidad de entre 8 y / m. os da1os que m*s sufrieron las edificaciones sobre cimentaciones mi!tas fueron desde desplomos y asentamientos muy significativos, &asta el volteo total, 3.0. Dise$o
3.0.1. Criterios de Dise$o Tio i Para el dise1o de cimentaciones mi!tas. 5a$o condiciones s#smicas, cuando se adopta el criterio de dise1o E (dise1o en t"rmino de capacidad de carga), se pierde la fricción negativa al desarrollarse movimientos relativos entre el suelo y los pilotes% prueba de ello es el asentamiento repentino de la masa de suelo relativamente superficial adosada a edificios sobre pilotes de punta interactuando con la cimentación y provocando, por e$emplo, sólo la destrucción de banquetas% al ocurrir un sismo y generarse movimientos laterales diferenciales entre suelo y pilotes, "stos simplemente =se sacuden> al suelo que se manten#a de ellos =colgado>.
Tio ii
Por lo que se refiere al dise1o del tipo EE (dise1o en t"rminos de asentamientos), la cantidad y dimensiones de los pilotes son tales que su capacidad de carga es menor que el peso del edificio, aun cuando se desarrolle fricción positiva en toda su longitud% esto implica que la losa de cimentación trasmite al suelo necesariamente parte de ese peso. s#, los pilotes traba$an al l#mite de su capacidad, restringiendo el desarrollo de fricción negativa y asegurando el beneficio del efecto de compensación aunque como ya se discutió, la presión de compensación debe ser una fracción del esfuer'o total previo. Sin embargo, es claro que cualquier incremento de esfuer'o, como el derivado de las acciones s#smicas, debe ser tomado principalmente por el suelo que subyace la losa de cimentación . Conc#usión Cuando el suelo es muy blando las fundaciones superficiales no son recomendadas
a
menos
que
se
refuercen
con
fundaciones
profundas
convirti"ndose as# en fundaciones mi!tas que son elementos formados por una fundación profunda y una superficial. /. Bib#io'ra&+a
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