TEMA 5 CIMENTACIONES CONTINUAS
Cuando la capacidad de carga del sub-suelo es baja de modo que se hacen hacen necesaria necesarias s grandes grandes áreas de contacto, contacto, deben utilizarse utilizarse zapatas continuas. Estas pueden ser zapatas continuas que soportan todas las colum columnas nas de un alinea alineamie miento nto,, ó más frecue frecuente ntemen mente te dos grupo grupos s de zapatas continuas que se interceptan perpendicularmente y que forman la llamada cimentación reticular continua. Este tipo de cimentación puede proyectarse para que desarrolle un área de contacto mucho mayor que la estric estrictam tamen ente te neces necesari aria, a, las franja franjas s contin continuas uas cuyos cuyos moment momentos os son much mucho o meno menore res s que que los los mome moment ntos os en los los vola voladi dizo zos s de las las gran grande des s zapa zapata tas s indi indivi vidu dual ales es,, dan dan como como res resulta ultado do una una cime ciment ntac ació ión n más más económica. Cuan Cuando do la magn magnitu itud d de las las carg cargas as ó la cali calida dad d de los los suel suelos os es de capacidad muy baja, estas franjas continuas tienden a traslaparse por lo que, la zapata continua tiene que abarcar toda la superficie del edificio, en este caso se llama platea de cimentación. a platea de cimentación desarrolla evidentemente la má!ima área de contacto disponible bajo el edificio. "i a#n esta área es insuficiente, debe utilizarse alg#n tipo de cimentación profunda. as ciment cimentaci acione ones s contin continuas uas,, reticu reticular lares es ó la platea platea de ciment cimentaci ación, ón, tienen la gran virtud de que, debido a su continuidad y rigidez reducen grandemente los asentamientos diferenciales.
$ara dise%o de estas cimentaciones continuas resulta esencial establecer supuestos razonablemente realistas con respecto a la distribución de las presio presiones nes de contac contacto to que act#an act#an como como carga cargas s hacia hacia arriba arriba sobre sobre la cimentación.
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$ara suelos compresibles, $uede suponerse como una primera apro!imación que la deformación o asentamiento del suelo en determinado sitio y la presión de contacto en ese sitio son proporcionales entre s&. "i las columnas se encuentran espaciadas a distancias moderadas y si la cimentación continua es muy rígida, los asentamientos en todos los sitios de la cimentación serán esencialmente los mismos. Esto significa que la presión de contacto '(eacción de la sub-rasante ó reacción de balasto) será la misma siempre y cuando el centroide de la cimentación coincida con la resultante de las cargas. En caso no coincida tendrán una variación lineal. *e otra parte, si la cimentación es relativamente flexile y el espaciamiento entre columnas es considerable los asentamientos de!arán de ser uniformes o de variar linealmente . En las columnas más cargadas se producirán asentamientos mayores y por consiguiente mayores reacciones de la sub-rasante que las columnas de poca carga. En este caso la reacción de la sub-rasante ya no puede suponerse uniforme. En conclusión, la distribución de presiones en la zona de contacto de las zapatas, dependerá de si las zapatas son rígidas o si son flexiles.
".#
$%ME&TA$%'&E( )%&*%&%TAME&TE +%%-A( "i la cimentación continua y+o platea de cimentación es muy r&gida 'no se deforma) y las columnas están cercanas, se puede considerar que - os asentamientos en los diversos puntos serán esencialmente los mismos. de contacto /reacción de la su# rasante ó reacción de alasto0 será la misma, cuando el centro de gravedad en la cimentación coincida con la resultante de las cargas ó, tiene una variación lineal cuando stos no coinciden.
- En
consecuencia, la presión
En estos casos, son conocidas todas las cargas, tanto las de las columnas 'dirigidas hacia abajo) como las de las presiones 'dirigidas hacia arriba) por lo tanto, los momentos y esfuerzos cortantes pueden determinarse por condiciones de la estática, es decir, como las zapatas individuales ó combinadas. /na vez hallados, los momentos y cortantes, el dise%o de las zapatas continuas es similar a una viga continua y el de la platea de cimentación al de una losa maciza.
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1.#
$%ME&TA$%'&E( )*2E3%42E( "i la cimentación continua y+o platea de cimentación es 0relativamente fle!ible0 y la separación entre columnas es grande se puede considerar que - os asentamientos ya no son uniformes ó de variación lineal. - as columnas más cargadas producirán mayores asentamientos y por lo tanto mayores presiones de reacción /reacción de alasto0 que las columnas menos cargadas, o los espacios entre columnas. - as secciones de las zapatas continuas y+o plateas situadas a igual distancia de dos columnas inmediatas, se deformarán hacia arriba proporcionalmente a la carga de los mismos, el asentamiento y por lo tanto la reacción de alasto será menor en estos puntos que debajo de la columna. Esto se presenta en forma esquemática en el gráfico siguiente
- En consecuencia, la reacción de la sub-rasante ó reacción de balasto no puede suponerse uniforme. El cálculo exacto es astante comple!o, se puede usar la TE'+%A -E 6%A( E& $%ME&TA$%'&E( E2A(T%$A( del profesor M. 7eteneyi. Esta teor&a toma en cuenta fundamentalmente lo siguiente - Elasticidad de la cimentación. - Elasticidad del suelo.
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- El suelo se considera un medio elástico y la intensidad de su reacción se asume proporcional a la deformación 'asentamiento) de la zapata bajo carga.
+eacción de alasto ó coeficiente de alasto ó coeficiente de reacción de su#rasante.# Es la fuerza por unidad de superficie necesaria para producir un asentamiento unitario, ton + m1. "e determina en base a una prueba de compresión simple sobre el terreno, considerando que la carga se aplica mediante una plancha circular de 230 de diámetro.
En el cuadro siguiente se presentan algunos valores referenciales para diferentes tipos de suelo .
-E($+%8$%9& -E 2'( (:E2'(
<.#
(;M4'2'
+A&'
8+'M.
Gravas bin gra!ua!as"
G#
$4%2&
$'
Gravas ar(illosas" Gravas +al gra!ua!as"
GC G,
$$%$) -%$4
$* $$
Gravas li+osas"
GM
6%$4
$&
Arnas bin gra!ua!as"
.#
6%$6
$$
Arnas ar(illosas"
.C
6%$6
$$
Arnas +al gra!ua!as"
.,
*%)
'
Arnas li+osas"
.M
*%)
'
i+os org0ni(os"
M
4%-
6
Ar(illas (on grava o (on arna"
C
4%6
*
i+os org0ni(os 1 ar(illas li+osas"
O
3%*
4
i+os inorg0ni(os"
M
$%*
3
Ar(illas inorg0ni(as"
C
$%*
3
Ar(illas org0ni(as"
O
$%4
2
8+'$E-%M%E&T'
(%M82%*%$A-'
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8A+A
-%(E='
>A8ATA( 6*
*2E3%42E( ? 82ATEA( -E $%ME&TA$%'& "e ha desarrollado un procedimiento simplificado que cubre las situaciones más frecuentes con respecto a cimentaciones continuas ó reticulares, el mtodo define las condiciones bajo las que puede considerarse una cimentación como rígida, es decir, cuando puede suponerse una distribución de reacciones de balasto uniformes ó de variación lineal. Esto ocurre cuando
a.# 0 El promedio de las longitudes de dos luces adyacentes en una franja continua no e!cede de 3.454 + λ , siempre y cuando se cumpla tambin que las luces y las cargas de las columnas adyacentes no difieran en más del 536 del mayor valor 0. donde λ
=
4
K s b 4 E c I
en la que
7s 8 "9:s 7:s 8 ;ódulo de balasto ' fuerza por unidad de superficie necesaria para producir un asentamiento unitario, 7b + pie1 ). " 8
3.4) + ?.4n para suelos cohesivos como arcillas. n 8 (elación entre el lado mayor al lado menor de la zapata o franja. b 8 Bncho de la zapata, en metros. Ec 8 ;ódulo de elasticidad del concreto, en 7b +pieA 8 ;omento de inercia de la zapata, en piesD.
.# $or lo contrario, si el valor medio de dos vanos sucesivos es superior a 3.454+ λ se considera que la cimentación es flexile. En este caso, siempre que las cargas en las columnas adyacentes no difieran en más de un 536 , puede sustituirse la distribución curvil&nea de la reacción de balasto, por un grupo de reacciones e@uivalentes distribuidas trapezoidalmente ' ver figura de la página D ). Encontrada esta reacción equivalente se hallan los momentos positivos y negativos y el dise%o es igual a zapatas combinadas. En forma similar, las plateas requieren mtodos diferentes que dependen de si se clasifican como r&gidas o como fle!ibles al igual que para zapatas continuas, si la separación entre pilares es inferior a ?+ λ puede considerarse que la cimentación es rígida, por el contrario si es mayor a ? + λ se considerará como cimentación flexile. as consideraciones para
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estimados de presiones son iguales que para el caso de zapatas continuas. a losa de cimentación se divide en dos conjuntos de franjas de zapata perpendiculares entre s&, cuyo ancho es igual a la distancia entre centros de luz y la distribución de presiones de contacto y de momentos flectores se lleva a cabo para cada una de las franjas como si fueran zapatas continuas. Esta metodolog&a es factible sólo cuando las columnas se ubican en un patrón reticular regular de forma rectangular.
.# EBEM82' -E -%(E=' *ise%ar la cimentación del edificio industrial mostrado en la figura, la carga sobre las columnas es 233 Fon, el suelo es una arena bien compacta con σ t 8 5.3 7g + cmA.
- Estableceremos la forma de la zapata y su ancho.
- Estableceremos la rigidez reacción del suelo. ?.G4 + λ ?.G4 + λ λ
=
4
K s b 4 E c I
H I
de
la cimentación para
$romedio de luces → $romedio de luces →
b
=
2*& 3&"4-
ver como es la
cimentación r&gida. cimentación fle!ible.
=
-"2
pies
7 s 8 s 7:s 7:s 8 ?3 7g +cm1 8 5.5JG 7b + pie1
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6'
s 8 ='b > ?) + 5b@A 8 ='K > ?) + ?.D@ 8 3.23 b 8 K.5 pies E c
=
$*&&&
2$&
=
2$'3'$ Kg / cm
2
=
4442''
KLB / pie 2
$ara hallar el momento de inercia, primero encontraremos el centroide de la sección Y
I
=
=
2*&
6&
×
3&
+
6&
×
4&
2*&
×
6&
+
6&
×
4&
×
2*& × 6&
×
)&
=
3 +
$2
2*& × 6& × -"3
2
4& × 6&
+
cm"
3- "3
$2
3 +
6& × 4& × *$"'
2
8 ?5:K,5K cmD 8 ?D.K pies D λ
= 4
$'* λ
=
62 "2)'
×
&"3 × -" 2&
4 × 444 2''
$"'* &"&4)
=
×
3*"*4
λ
$4 "6-
>
$)"6-
=
&"&4)
8 .33 m 8 ?J.K pies ∴
$%ME&TA$%9& +%%-A
El esquema para el dise%o será
5.#
2'(A( -E $%ME&TA$%'& as losas de cimentación constituyen un tipo de cimentación que cubre toda el área bajo la estructura. "e emplean cuando la capacidad portante del suelo es baja y se requiere usar K36 ó más del área total. "e usan tambin cuando es necesario limitar en forma muy estricta los asentamientos diferenciales en construcciones particularmente sensibles a estos.
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6-
Cuando se requiere entre el 43L y el K36 del área bajo la estructura se recomienda utilizar una cimentación reticular continua . as losas de cimentación pueden tener variantes a) osa plana de un solo espesor y en la que las cargas inciden directamente sobre la losa, se emplean en edificaciones de muros portantes en ambas direcciones y de luces cortas, para edificaciones multifamiliares de D a 4 pisos. b) osa plana con vigas de cimentación en ambas direcciones que unen las columnas por las que llegan las cargas, se generan compartimientos estancos que deben ser rellenados con el material e!cavado ó con material de relleno. En nuestro medio la platea más usada es la de un solo espesor, antes de su construcción se retira parte del 0suelo natural0 'apro!imadamente 23 a D3 cm.) y se reemplaza por un material de relleno granular y + o de un material de 0afirmado0 en ambos casos se construyen por capas de no más de 53 cm. y se compactan hasta alcanzar su densidad má!ima teórica 'Ensayo proctor modificado), y en los bordes de la platea se construye un 0sardinel de borde0 con un peralte m&nimo de 5.4 veces el espesor de la losa.
C.#
MET'-'( -E A&D2%(%( 8A+A :&A 2'(A -E $%ME&TA$%'& /n procedimiento de análisis consiste en modelar el suelo como resortes elásticos bajo la losa y analizar el conjunto estructura - cimentación - suelo con alg#n mtodo matricial resuelto en un programa de computadora. "i no se tiene este 0programa0, el análisis comienza por establecer si la platea tiene un comportamiento de Cimentación (&gida ó de cimentación
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En el caso se establezca que la platea es fle!ible, debe tomarse en cuenta que los asentamientos no son iguales, con lo cual, las presiones de reacción del suelo no son uniformes, sino que serán mayores en la zona de aplicación de las cargas y menores en el centro de luz entre dos zonas de carga. /na forma fácil, y con las suficiente apro!imación, es el de considerar que, la losa se divide en dos series de franjas independientes entre s& y paralelas a cada uno de los bordes. Cada franja incluirá un eje de columnas, de manera que la intersección de las dos franjas que incluyen una columna define un área tributaria a sta. "e supondrá que el área tributaria de cada columna, Ai , act#a una presión constante, pi que equilibra la carga en cuestión, 8i , 'ver figura), por tanto se obtiene ρ i
=
P i Ai
$ara el ancho de las franjas puede usarse criterio similar al del mtodo de los coeficientes del BC para losas macizas. uego se analizará cada franja como una viga independiente. os diagramas de momentos y cortantes se obtienen por simple estática, ya que las reacciones son conocidas.
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