INSTITUTO TECNOLOGICO DE COLIMA ARQUITECTURA
ESTRUCTURAS DE CONCRETO UNIDAD V CATEDRATICO: MTRO. ARQ. JORGE ARMANDO GUTIERREZ VALENCIA INTEGRANTES: *GEMMA GUADALUPE MILANÉS MARTINEZ
*MENDOZA VERDUZCO MARTHA ELIZABETH *MORENO RODRIGUEZ GABRIEL
*MORENO JIMENEZ MAYRA PAOLA *ORTIZ MORALES CARMEN ESTEFANI
CALIDAD Y RESISTENCIA La calidad y resistencia del suelo depende la estabilidad de la estructura, por tanto conocer su
portabilidad y características es importante. Se recomienda realizar un estudio geotécnico con el fin de conocer las características y realizar la cimentación mas apropiada para así evitar colapsos y mejorar la capacidad sismo resistente de la estructura.
Ideales para la cimentación y presentan una resistencia entre 3 a 30 kg/cm², mantienen un nivel freático optimo, es preciso
considerar la composición química del suelo y de las aguas freáticas puesto que determinados componentes pueden resultar agresivos para el hormigón y afectar a su durabilidad y resistencia.
Desde un punto de vista constructivo, los suelos se clasifican atendiendo a su integridad y capacidad portante en rocas,
barro seco y arcillas, siendo esta clasificación en suelos granulares y suelos finos. BARRO SECO: Es una mezcla de arcilla y arena, que en estado seco permite una buena resistencia. ARCILLAS: Esta compuesta por silicatos y en estado posee buena capacidad de carga hasta 3 kg/cm², siempre y cuando no
se presente agua ya que la deforma y hace que pierda su resistencia.
ROCAS : Especial para cimentaciones siempre y cuando no presente grietas y no las afecten
corrientes de agua , su capacidad de carga se encuentra entre 15 a 30 kg/cm². Los suelos coherentes que son susceptibles de soportar con escasa deformación el peso de las edificaciones. Atendiendo al tipo de roca, y de modo orientativo, las tensiones admisibles sobre el terreno en la cota de apoyo de la cimentación se muestran en la tabla siguiente.
TIPOS Y CONDICIONES ADMISIBLES
Mpa (Kp/cm2)
Rocas ígneas y metamórficas sanas (Granito, diorita, basalto, gneis)
10(100)
Rocas metamórficas foliadas sanas (Esquistos, pizarras)
3(30)
Rocas sedimentarias sanas. Pizarras cementadas, limolitas, areniscas, calizas sin karstificar, conglomerados cementados
1 a 4 (10 a 40)
Rocas arcillosas sanas
0,5 a 1 (5 a 10)
Rocas diaclasadas de cualquier tipo con espacimiento de discontinuidades superior a 0,3m, excepto rocas arcillosas
1 (10)
SUELOS GRANULARES Este tipo de suelos está constituido por materiales de origen sedimentario en los que el porcentaje de material fino (limos y
arcillas) es inferior al 35% en peso. Los valores de tensión admisible que se consideran para este tipo de suelo se suponen para anchos de cimentación mayores o iguales a 1 m y nivel freático situado a una profundidad mayor al ancho de la cimentación por debajo de ésta.
Tipos y condiciones admisibles
Mpa (Kpa/cm2)
Gravas y mezclas de arena y grava, muy densas
˃0,6(˃6)
Gravas y mezclas de grava y arena, medianamente densas a densas
0,2 a 0,6 (2 a 6)
Gravas y mezclas de arena y grava, sueltas
˂0,2 (˂2)
Arena muy densa
˃0,3 (˃3)
Arena medianamente densa
0,1 a 0,3 (1 a 3)
Arena suelta
˂0,1 (˂1)
SUELOS FINOS Los suelos finos están también constituidos por materiales detríticos pero en ellos el porcentaje de elementos finos es
superior al 35% en peso. Las tensiones admisibles en estos suelos que se muestran en la tabla siguiente son orientativos y cuando sean suelos finos normalmente consolidados y ligeramente sobreconsolidados en los que sean de esperar asientos de consolidación así como en los suelos arcillosos potencialmente expansivos deberán ser objeto de un estudio especial.
Tipos y condiciones admisibles
Mpa (Kp/cm2)
Arcillas Duras
0,3 a 0,6 (3 a 6)
Arcillas muy firmes
0,15 a 0,3 (1,5 a 3)
Arcillas firmes
0,075 a 0,15 (0,75 a 1,5)
Arcillas y limos blandos
˂0,075 (˂0,075 )
Son aquellos donde no es aconsejable construir pues no
presentan las condiciones para cimentaciones pues los terrenos no son firmes. Entre estos se clasifican el fango liquido, tierra vegetal o con material orgánico, limo arenoso, limo pantanoso y arena fina. Por tanto es necesario que el terreno presente condiciones ideales, como tener un subsuelo constituido por materiales arcillosos y a baja profundidad; en caso contrario se pueden hacer estabilizaciones que mejoren la calidad del mismo y hacer la cimentación mas adecuada .
Hay diferentes tipos de cimentación pero el uso depende del tipo del suelo sobre el
cual se desee edificar ya sea un suelo estable o por el contrario un suelo blando, la cimentación ciclópea debe ser mínimo de una profundidad de 50 cm.
Los factores que influyen en la correcta selección de una cimentación dada pueden agruparse en tres clases principales: Los relativos a la superestructura, que engloban su función, cargas que transmites al
suelo, materiales que la constituyen, etc.
Los relativos al suelo, que se refieren a sus propiedades mecánicas, especialmente a su
resistencia y comprensibilidad, a sus condiciones hidráulicas, etc.
Los factores económicos, que deben balancear el costo de la cimentación en
comparación con la importancia y aun el costo de la superestructura.
Rocas: Son formaciones geológicas sólidas, con una gran resistencia a los esfuerzos de compresión. Rocas Isótropas: No se divisa en su composición ninguna estratificación, p. ejemplo: granito, diorita,
etc. Rocas Estratificadas: Se observa a simple vista su estratificación laminar, por ejemplo: pizarras,
esquistos, etc. Terreno sin Cohesión Son terrenos formados en gran medida por áridos: arena, grava y limo inorgánico, pueden contener
arcillas en cantidad moderada. Predomina la resistencia al rozamiento interno. Terrenos formados fundamentalmente por áridos: grava, arena y limo inorgánico, pudiendo contener
arcillas en cantidad moderada. Predomina en ellos la resistencia debida al rozamiento interno.
Terrenos de graveras Predominancia de gravas y gravillas, conteniendo por lo menos un 30% de estos áridos. Terrenos arenosos gruesos Predominancia de arenas medias y gruesas, conteniendo por lo menos un 30% de estos áridos y menos del 50% de arenas
finas y limo inorgánico. Terrenos arenosos finos Predominancia de arenas finas, con un porcentaje de grava y gravilla que no supera el 30%, y más del 50% de arenas finas y
limo inorgánico. Áridos La denominación de áridos varía de acuerdo al tamaño de sus granos, a saber: Gravas y gravillas: mayor de 2 mm. Arenas gruesas y medias: entre 2 y 0,2 mm. Arenas finas: entre 0,2 y 0,06 mm. Limos inorgánicos: menor de 0,06 mm.
Terrenos Coherentes Son terrenos compuestos fundamentalmente por arcillas, que pueden contener áridos en cantidad moderada. Cuando pierden humedad hasta secarse, forman terrones que no pueden pulverizarse con las manos. Tienen buena
resistencia a la cohesión. Terrenos formados fundamentalmente por arcillas, que pueden contener áridos en cantidad moderada. Al secarse forman
terrones que no pueden pulverizarse con los dedos. Predomina en ellos la resistencia debida a la cohesión. Según su consistencia, y su resistencia a comprensión en estado natural no alterado. Terrenos arcillosos duros Los terrones con su humedad natural, tiene la suficiente resistencia como para que cueste romperlos con la mano. De
tonalidad clara. La resistencia a la compresión supera a 4 kg/cm2. Terrenos arcillosos semiduros Los terrones con su humedad natural se amasan con dificultad con la mano. De tonalidad oscura. La resistencia a la
compresión está entre 2 y 4 kg/cm2.
Terrenos arcillosos blandos Los terrones con su humedad natural se amasan con facilidad, permitiendo obtener con las manos cilindros de 3 mm. de
diámetro. Por lo general, de tonalidad oscura. La resistencia a la compresión está entre 1 y 2 kg/cm2.
Terrenos arcillosos fluidos Los terrones con su humedad natural presionados con mano cerrada, fluyen entre los dedos. Por lo general de tonalidad
oscura. La resistencia a la compresión es inferior a 1 kg/cm2.
Terrenos Deficientes Son terrenos no aptos para la cimentación. Fangos inorgánicos Compuestos por arcillas y limos inorgánicos con gran cantidad de agua; no permiten la formación de cilindros que resistan
su propio peso.
Terrenos orgánicos Poseen en su composición una notable proporción de materia orgánica. Terrenos de echadizos o relleno Son de naturaleza artificial, como por ejemplo vertederos sin consolidar.
Cuando una carga se sitúa sobre una cimentación, dicha carga se transfiere hacia abajo a cada uno de los estratos del suelo en que se apoyan los cimientos.
Dependiendo del tipo de estructura fundada, ésta permite ciertos asentamientos sin afectar su funcionalidad o estética.
La presión del suelo aumenta hasta alcanzar casi la capacidad total de presión de carga. A profundidades de 3 ó 6 metros por debajo de la superficie del terreno, la carga se distribuye entonces y el aumento de presión es pequeño.
Para definir los asentamientos tolerables se utilizan los conceptos: ρi: desplazamiento vertical
total en el punto i
δij: asentamiento
diferencial
Δ: deflexión relativa ω: inclinación
Para calcular los asentamientos, se divide en estratos el suelo en que se apoyan una cimentación. Para obtener el asentamiento total, se estima el asentamiento de cada estrato y se suman los resultados parciales.
En que: e0 es la relación de vacíos antes de la aplicación de la carga. Hc es la altura del estrato. Δe es el cambio en la relación de vacíos causado por la aplicación
de la carga adicional.
TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO DE SUELO Existen
diferentes técnicas para el mejoramiento de la calidad del suelo que dan refuerzos
Pilotes fundaciones profundas, utilizados para traspasar la carga de
una obra a estratos de mejor calidad geotécnica con una mayor capacidad de soporte. Si no existe un estrato competente a una profundidad razonable, son utilizados para trasmitir la carga gradualmente al suelo.
Columnas de Grava conocidas como vibrosustitución - son una técnica de mejora de suelos mediante el aporte de gravas al terreno en un pozo producido por vibración, y se utiliza para la mejora de suelos muy blandos a medios (arenas limosas, limos, limos arcillosos, arcillas, rellenos heterogéneos, etc).
Mechas Drenantes . En la
práctica, las mechas drenantes son utilizadas en situaciones donde el suelo a tratar es altamente compresible, con baja permeabilidad y totalmente saturado en su estado natural, es decir, en condiciones donde cualquier incremento en la presión efectiva se traduce en un incremento en las presiones de poros que se disipa de manera muy lenta
Las cimentaciones son las bases que sirven de sustentación al edificio; se calculan y proyectan teniendo en consideración varios factores tales como la composición y resistencia del terreno (características del suelo), las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden, tales como el efecto del viento o el peso de la nieve sobre las superficies expuestas a los mismos, estas llamadas cargas vivas y muertas, estas cargas deben ser exactas para que la cimentación puedan ser duradera. También podemos decir que es el soporte de la vivienda, y la causante del equilibrio. Las cimentaciones transmiten las fuerzas originadas por el peso propio de la estructura y sobrecargas que posteriormente actuarán sobre esta, resiste todas las cargas puntuales y las apoya en el terreno con firmeza, mediante comprensión vertical.
El objetivo de la cimentación es sustentar la estructura del edificio dando
garantía a la estabilidad e intentando evitar daños a los materiales estructurales y no estructurales.
Características: 1. Deben situarse de un modo adecuado para impedir los daños producidos por cambios de volumen, socavaciones, movimientos de nivel freático, daños producidos por futuras construcciones, etc. 2. Deben ser estables: vuelco, deslizamiento, hundimiento, estabilidad general del conjunto, diseño estructural adecuado. 3. Deben ofrecer una seguridad aceptable y suficiente al menor costo posible y utilizando recursos de manera apropiada. 4. Los movimientos y vibraciones deben limitarse durante la construcción para que no desfigure o dañe otras estructuras o instalaciones"
REQUISITOS DE UNA BUENA CIMENTACIÓN.
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, etc.
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.
Muchos suelos, fundamentalmente los que tienen arcillas expansivas, varían mucho de volumen según su contenido de humedad. Dichos suelos deberán evitarse o recurrir a unas cimentaciones más profundas que apoyen en terrenos más estables.
Otras veces, sin llegar al caso anterior, las alternancias de estaciones secas y húmedas o la proximidad de árboles caducifolios con riego o la rotura de conducciones de agua generan hinchamiento del suelo que puede producir el fallo de la estructura.
La cimentación debe asegurar una distribución pareja de las cargas y fuerzas, y
una base nivelada a la perfección para que la estructura no se vea, luego, comprometida por pesos mal distribuidos ni exigencias en pilares o en cualquiera de las partes de la construcción.
Para la existencia de una buena cimentación, también se debe contar con un
terreno bien preparado. El terreno (la parcela de tierra sobre la que se construye) ha de estar también nivelado, y principalmente bien asentado, contando con la composición correcta para evitar que los azotes meteorológicos y las condiciones climáticas y ambientales lo hagan ceder y perder estabilidad. El suelo puede complementarse con rellenos, y también puede “pisarse”, que es presionarlo con pesos y golpeteos para compactar sus contenidos, haciéndolo así más firme.
Además de soportar las cargas y distribuir las fuerzas de la estructura, los
cimientos han de ser fuertes y resistentes para no romper por cortante. Esto es el resultado de tensiones mal divididas: movimientos telúricos, sismos u otros similares podrían provocar tensiones y fuerzas que amenazan con cortar los cimientos.
Otra de las funciones de los cimientos es la de distribuir las tensiones y la flexión
de toda la estructura: el cimiento, aunque sólido, debe “moverse” en conjunto con el terreno. Al acompañar al terreno en sus movimientos, en lugar de imponerse estático, se evita las rupturas por cortante y los quiebres estructurales. También los cimientos procuran aislar a la construcción de las características propias del terreno, como las humedades, la circulación de aguas sub-superficiales y demás.
TIPOS DE CIMIENTOS:
CIMIENTOS SUPERFICIALES. •Cimiento ciclópeo •Cimentación por zapatas •Cimentación placa flotante •Cimentación emparrillado. CIMENTACIONES SEMI-PROFUNDAS •Cimentación por pozos •Cimentación por Caisson CIMENTACIONES PROFUNDAS. • Pilotes • Pilotes hincados • Pilotes excavados.
Es cuando a nivel de inferior de la estructura o próximo a el, el terreno presenta características adecuadas para cimentar sobre el. Esta se realiza cercana a la superficie del suelo (profundidad aprox. 0.5 – 4.0 m) y se produce una reparticio de cargas en la superficie. Zapatas Losas Vigas Muros
Cimiento ciclópeo: El cimiento ciclópeo continuo es aquel que recorre
la edificación por debajo de todos los muros, amarrando los distintos espacios y formando un bloque monolítico.
Está constituido por: • Piedra Mediana Concreto Cimiento La viga de sismorresistencia está sobre el cimiento
ciclópeo y cumple la función de amarrar completamente la cimentación, regulando los asentamientos para que sean uniformemente repartidos en el área construida.
Sobre esta viga se apoyan los muros.
ZAPATA AISLADA Esta sirve de base para elementos estructurales puntuales como los pilares. De modo que su amplia superficie de apoyo logra que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. Por lo general son de planta cuadrada, pero pueden ser rectangulares o circulares
ZAPATA CORRIDA Estas pueden estar bajo muros, o bajo pilares y se definen por recibir cargas lineales, en general por medio de un muro y si este es de concreto armado, puede transmitir un momento flector a la cimentación.
Son cimentaciones de gran longitud en comparación a su sección transversal. Se indican cuando: Se quiere cimentar un elemento continuo Cuando se quiere homogenizar una alineación de pilares Reducir el trabajo del terreno Si se tienen zapatas aisladas muy juntas
ZAPATA MEDIANERA O EXCÉNTRICA Surgen a través de la necesidad de colocar soportes en el limite del terreno. Como no se puede disponer del terreno colindante, la zapata se dispone de manera que si es un pilar este descanse en su borde. La carga se recibe de forma excéntrica lo cual causa un momento de volteo que podría causar que la zapata se levante, como solución se colocan unas vigas de concreto armado o vigas centradoras (vigas riostras, vigas de atado o zunchos de atado) que unen la zapata medianera con la zapata adyacente, de manera que ambas trabajan de manera solidaria. Cuando se en esquina se necesitaran dos vigas pues se tendría vuelco en dos direcciones
ZAPATA DE ESQUINA
ZAPATA COMBINADA Es aquella que cimienta dos pilares, se construye de un ancho constante, de forma que el centro de gravedad coincida con punto de paso de los dos pilares.
LOSA O PLACA DE CIMENTACIÓN Tiene por objeto transmitir las cargas de la construcción al terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente. Se usan mas cuando: La construcción posee una superficie pequeña en relación al
volumen (rascacielos, depósitos)
El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles
asientos irregulares
La superficie de la cimentación que ocuparan las zapatas
aisladas superen el 50% de la superficie de la construcción
La capacidad portante del terreno es muy pequeña
CIMENTACIÓN EMPARRILLADO. Se utilizarán en dos casos: • 1- Cuando el terreno presente baja capacidad de carga y elevada deformabilidad, o bien
muestre heterogeneidades que hagan prever asientos totales elevados y, consiguientemente, importantes asientos diferenciales, se podrá cimentar por el sistema de emparrillados.
• 2- En este caso todos los pilares de la estructura quedarán recogidos en una única cimentación,
consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmente ortogonal. Al quedar así reunidos todos los apoyos de la estructura en una sola cimentación se podrá conseguir una considerable rigidización con el fin de disminuir el problema de la heterogeneidad del terreno.
Son elementos de gran longitud, que se hincan en el terreno o se construyen en una cavidad previamente excavada en el terreno. Pilotes Micropilotes
PILOTES Se utilizan cuando: Las cargas transmitidas por la construcción no se puedan distribuir
adecuadamente y se exceda la capacidad portante del terreno
Cuando el terreno sufre de cambios estacionales, como hinchamiento y/o
retracción
Cuando la construcción se ubique bajo el agua Los cimientos se someten a tracción, como lo son edificios que tienen una carga
muy grande por vientos
TIPOS DE PILOTES
PILOTES COLUMNA Son aquellos que trabajan por punta, es decir que la carga se transmite por la punta del pilote
PILOTES FLOTANTES Estos trabajan solo por fuste, la carga recibida por el pilote es trasmitida al terreno por el rozamiento entre el terreno y el fuste del pilote
Pozos de cimentación Estos se plantean como solución entre las cimentaciones superficiales (zapatas, losas, etc) y las profundas. Estas se eligen por ser mas económicas cuando el firme se encuentra a una profundidad de 4 a 6 mts.
1.-Falla general por corte. (Terzagui, 1943)
2.-Falla local por corte. (Terzagui, 1943; De Beer y Vesic, 1958)
3.-Falla por corte punzonado. (De Beer y Vesic, 1958; Vesic, 1963)
-Patrón de falla bien definido. (cuña de suelo y
dos superficies de deslizamiento)
-La superficie del terreno a la zapata se levanta
y puede rotar
(inclinándose) -La falla es violenta y catastrófica. -Generalmente ocurre en suelos
“incompresibles” (suelos
granulares densos y cohesivos de consistencia
dura a rígida)
-Patrón de falla sólo esta bien
definido debajo de la zapata.
-Tendencia visible al levantamiento
del terreno alrededor de la zapata.
-No se producirá un colapso
catastrófico de la zapata ni una rotación de la misma.
-Constituye un modo transicional
entre falla general y falla por punzonado.
-Patrón de falla en este caso no es fácil
de observar ( a medida que se incrementa la carga, se comprime el suelo inmediatamente debajo de la zapata produciendo desplazamiento vertical..
-El suelo fuera del área permanece
prácticamente inalterado y no se produce rotación.
-La fundación se asientan mediante
pequeños movimientos verticales repentinos.
-Se produce en arenas muy sueltas o en
suelos cohesivos blandos o muy blandos.
La función es la de transmitir al suelo todas las cargas que impone una construcción. La forma como se realiza esta transferencia depende de una gran diversidad de parámetros, entre los cuales se pueden mencionar: 1. La capacidad portante del suelo de fundación 2. La profundidad en la cual se ubica la base 3. El tipo y magnitud de las cargas impuestas 4. Las propiedades elásticas del suelo 5. La rigidez y tamaño de la fundación 6. El comportamiento de la superestructura 7. La presencia del nivel freático
Bajado de la red mundial del día
http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzas-tecnicas/ingenieria-civil/contenido/TEMA%204CIMENTACIONES.pdf https://www.fundacionmapfre.org/documentacion/publico/i18n/catalogo_imagenes/grupo.cmd?path=10 36794 Elementos de Construcción. Luis López García y Jesús Antonio López Perales ISBN: 84-8250-018-X .
Universidad de Castilla-La Mancha (1.999)
Sebastián Henríquez Aline Pedrals Pablo Valdés “TRABAJO FINAL DE DIPLOMA: CASOS DE
ASENTAMIENTOS INADMISIBLES EN SUELOS FINOS” Ingeniería Civil Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile
“CAPACIDAD DE CARGA Y ASENTAMIENTOS ADMISIBLES “ Fundaciones USACH ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/Capit
ulos%20del%20no%20nacido%20Libro/Cap%EDtulo%205%20%20Distribuci%F3n%20de%20esfuerzos%20en%20el%20suelo%20debido%20a%20cargas.pdf
Anny Torrealba ”MECANICA DE SUELOS SECCION 02” INTENSIVO III-2012
