ARQUITECTURA
ESTRUCTURAS DE CONCRETO II
UNIDAD 5
LOSAS DE CIMENTACION
ING. JORGE SILVA RAMIREZ
RICARDO DAVID FUENTES DZIB
MQ-5
5.-LOSAS DE CIMENTACION 5.1.-LOSA DE CIMENTACION SIN CONTRATRABE 5.2.-LOSA DE CIMENTACION CON CONTRATRABE
DEFINICION CARACTERISTICAS CRITERIOS REGLAMENTARIOS DE DISEÑO CRITERIOS BAJO REGLAMENTO DE CONTRUCCION DEL MUNICIPIO DE CAMPECHE CRITERIOS BALO REGLAMENTO DE CONSTRUCCION DEL DISTRITO FEDERAL LOSA DE CIMENTACION SIN CONTRATRABE LOSA DE CIMENTACION CON CONTRATRABE
Losas de cimentación Definición Una losa de cimentación es un a zapata combinada que cubre toda el área que queda debajo de una estructura y que soporta todos los muros y columnas. Cuando las cargas del edificio son tan pesadas o bien la capacidad de carga admisible en el suelo es tan pequeña que las zapatas aisladas van a cubrir más de la mitad del edificio, es probable que una losa de cimentación resulte más económica que las zapatas. Estas losas también se usan para reducir el asentamiento de las estructuras situadas sobre depósitos muy compresibles como las arcillas. En estas condiciones la profundidad a la que se desplanta la losa se hace a veces tan grande, que el peso de la estructura más el de la losa está completamente compensado por el peso de la masa de suelo excavado. Comúnmente las losas de cimentación se proyectan como losas planas de concreto y sin nervaduras, las cargas que actúan hacia abajo son las debidas a las columnas y muros. Si no hay una distribución uniforme de las cargas de las columnas o bien el suelo es tal que pueden producirse grandes asentamientos diferenciales, las losas deben reforzarse para evitar deformaciones excesivas. La forma de refuerzo es simplemente utilizando muros divisorios como nervaduras de vigas T conectadas a la cimentación, o bien usando marcos rígidos o haciendo celdas con trabes y contra trabes, es entonces cuando se forman los llamados cajones de cimentación.
Características:
Tipo de cimentación superficial que tiene muy buen comportamiento en terrenos poco homogéneos que con otro tipo de cimentación podrían sufrir asentamientos diferenciales.
Las losas más sencillas son las losas de espesor constante, aunque también existen las losas nervadas que son más gruesas según la dirección de muros o filas de pilares.
Su cálculo es similar al de una losa plana de azotea invirtiendo las direcciones de los esfuerzos y aplicando las cargas tanto axiales como uniformes provenientes de todo el edificio.
Las trabes de estas losas se invierten para quedar enterradas en el terreno y evitar obstáculos al aprovechamiento de la superficie que queda lista para ocuparse como un firme aunque su superficie aun es rugosa.
Uso:
El uso de una losa de cimentación está especialmente indicado cuando la superficie de cimentación mediante zapatas aisladas o corridas supera el
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cincuenta por ciento de la planta de construcción, caso en el cuál podría resultar más económico utilizar una losa de cimentación.
Estas cimentaciones también son usadas cuando la presión admisible del terreno es baja, es recomendado en estructuras mayores a ocho plantas y requiere la construcción de un semisótano o sótano.
“En resumen se puede concluir indicando que la losa de cimentación es una estructura de hormigón armado cuyo objetivo es el transmitir la carga de muchas columnas hacia una superficie de suelo”.
El diseño de la losa puede ser contínua, con un mismo espesor, de sección constante; o también, una losa más delgada con refuerzos en los apoyos de los pilares mediante capiteles en forma de setas invertidas; de allí viene la denominación de fungiformes. Pueden ser también vigas longitudinales y transversales que enlazan los apoyos portantes que soportan una losa más delgada. Espesores Mínimos La cimentación en losa debe tener un canto mínimo de 30 cm. sobre base de hormigón pobre o de limpieza. Aunque habitualmente las losas tienen unos cantos que van desde 50 a 120 cm, según el tipo de edificio que soportan. Las Cimentaciones por Losa actúan a través de una superficie de apoyo contínua que iguala las presiones y forma un arriostra miento en todos los puntos de apoyo. Estructura Estas cimentaciones se construyen en hormigón armado preparado para reducir los posibles asientos. Esta estructura responde en forma óptima en suelos con estratos sensiblemente homogéneos y cuando el edificio reparte los esfuerzos sobre la losa con una retícula que guarda simetría geométrica. También se opta por ella cuando se quiere construir un sótano en seco en una obra asentada sobre una capa freática (excavación en forma de cubeta). Esta alternativa se da a través de la disposición en plataforma o tablero de cimentación que transmite las cargas del edificio al terreno mediante una superficie igual o superior a la de la obra. Puede conseguirse máxima rigidez con poco consumo de material procediendo tal y como es frecuente en los forjados de piezas huecas: envolviendo en hormigón un sistema de piezas huecas o de relleno.
Reglamento de Construcciones para el Municipio de Campeche Capítulo IV Normas de calidad ARTICULO 320.-El espesor libre del recubrimiento de toda barra de acero de refuerzo será como mínimo el diámetro de la barra, sin que sea menor de 2cm. En miembros estructurales colados directamente contra el suelo, sin plantilla, el recubrimiento mínimo será de 5 centímetros y en los que estén sobre plantillas, será de 3 cms.
Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal capítulo VIII Diseño de cimentaciones Artículo 217.- En este Capítulo se disponen los requisitos mínimos para el diseño y edificación de cimentaciones. Requisitos adicionales relativos a los métodos de diseño y edificación y a ciertos tipos específicos de cimentación se fijarán en las Normas Técnicas Complementarias de este Reglamento. Artículo 218.- Toda edificación se soportará por medio de una cimentación apropiada. Artículo 219.- Para fines de este Título, el Distrito Federal se divide en tres zonas con las siguientes características generales: Zona I. Lomas, formadas por rocas o suelos generalmente firmes que fueron depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir, superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos relativamente blandos. En esta Zona, es frecuente la presencia de oquedades en rocas y de cavernas y túneles
excavados en suelos para explotar minas de arena; Zona II. Transición, en la que los depósitos profundos se encuentran a 20 m de profundidad, o menos, y que está constituida predominantemente por estratos arenosos y limoarenosos intercalados con capas de arcilla lacustre; el espesor de éstas es variable entre decenas de centímetros y pocos metros, y Zona III. Lacustre, integrada por potentes depósitos de arcilla altamente compresible,separados por capas arenosas con contenido diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas son de consistencia firme a muy dura y de espesores variables de centímetros a varios metros. Los depósitos lacustres suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales; el espesor de este conjunto puede ser superior a 50 m; La zona a que corresponda un predio se determinará a partir de las investigaciones que se realicen en el subsuelo del predio objeto de estudio, tal y como lo establezcan las Normas Técnicas Complementarias. Artículo 223.- La revisión de la seguridad de las cimentaciones, consistirá, de acuerdo con el artículo 193 de este Reglamento, en comparar la resistencia y las deformaciones máximas aceptables del suelo con las fuerzas y deformaciones inducidas por las acciones de diseño. Artículo 224.- En el diseño de toda cimentación, se considerarán los siguientes estados límite, además de los correspondientes a los miembros de la estructura: I. De falla: a) Flotación; b) Desplazamiento plástico local o general del suelo bajo la cimentación, y c) Falla estructural de pilotes, pilas u otros elementos de la cimentación. II. De servicio: a) Movimiento vertical medio, asentamiento o emersión, con respecto al nivel del terreno circundante; b) Inclinación media, y c) Deformación diferencial. 8
En cada uno de estos movimientos, se considerarán el componente inmediato bajo carga estática, el accidental, principalmente por sismo, y el diferido, por consolidación, y la combinación de los tres. Artículo 225.- En el diseño de las cimentaciones se considerarán las acciones señaladas en los Capítulos IV a VII de este Título, así como el peso propio de los elementos estructurales de la cimentación, las descargas por excavación, las efectos del hundimiento regional sobre la cimentación, incluyendo la fricción negativa, los pesos y empujes laterales de los rellenos y lastres que graviten sobre los elementos de la subestructura, la aceleración de la masa del suelo deslizante cuando se incluya sismo, y toda otra acción que se genere sobre la propia cimentación o en su vecindad. La magnitud de las acciones sobre la cimentación provenientes de la estructura será el resultado directo del análisis de ésta. Para fines de diseño de la cimentación, la fijación de todas las acciones pertinentes será responsabilidad conjunta de los diseñadores de la superestructura y de la cimentación. En el análisis de los estados límite de falla o servicio, se tomará en cuenta la subpresión del agua, que debe cuantificarse conservadoramente atendiendo a la evolución de la misma durante la vida útil de la estructura. La acción de dicha subpresión se tomará con un factor de carga unitario. Artículo 226.- La seguridad de las cimentaciones contra los estados límite de falla se evaluará en términos de la capacidad de carga neta, es decir, del máximo incremento de esfuerzo que pueda soportar el suelo al nivel de desplante. La capacidad de carga de los suelos de cimentación se calculará por métodos analíticos o empíricos suficientemente apoyados en evidencias experimentales o se determinará con pruebas de carga. La capacidad de carga de la base de cualquier cimentación se calculará a partir de las resistencias medias de cada uno de los estratos afectados por el mecanismo de falla más crítico. En el cálculo se tomará en cuenta la interacción entre las diferentes partes de la cimentación y entre ésta y las cimentaciones vecinas. Cuando en el subsuelo del sitio o en su vecindad existan rellenos sueltos, galerías, grietas u otras oquedades, éstas deberán tratarse apropiadamente o bien considerarse en el análisis de estabilidad de la cimentación. 9 Artículo 227.- Los esfuerzos o deformaciones en las fronteras suelo-estructura necesarios para el diseño estructural de la cimentación, incluyendo presiones de contacto y empujes laterales, deberán fijarse tomando en cuenta las propiedades de la estructura y las de los suelos de apoyo. Con base en simplificaciones e hipótesis conservadoras se determinará la distribución de esfuerzos compatibles con la deformabilidad y resistencia del suelo y de la sub estructura para las diferentes combinaciones de solicitaciones a corto y largo plazos, o mediante un estudio exp lícito de interacción suelo-estructura.
Artículo 228.- En el diseño de las excavaciones se considerarán los siguientes estados límite: I. De falla: colapso de los taludes o de las paredes de la excavación o del sistema de soporte de las mismas, falla de los cimientos de las Edificaciones adyacentes y falla de fondo de la excavación por corte o por subpresión en estratos subyacentes, y II. De servicio: movimientos verticales y horizontales inmediatos y diferidos por descarga en el área de excavación y en los alrededores. Los valores esperados de tales movimientos deberán ser suficientemente reducidos para no causar daños a las Edificaciones e instalaciones adyacentes ni a los servicios públicos. Además, la recuperación por recarga no deberá ocasionar movimientos totales o diferenciales intolerables para las estructuras que se desplanten en el sitio. Para realizar la excavación, se podrán usar pozos de bombeo con objeto de reducir las filtraciones y mejorar la estabilidad. Sin embargo, la duración del bombeo deberá ser tan corta como sea posible y se tomarán las precauciones necesarias para que sus efectos queden prácticamente circunscritos al área de trabajo. En este caso, para la evaluación de los estados límite de servicio a considerar en el diseño de la excavación, se tomarán en cuenta los movimientos del terreno debidos al bombeo. Los análisis de estabilidad se realizarán con base en las acciones aplicables señaladas en los Capítulos IV al VII de este Título, considerándose las sobrecargas que puedan actuar en la vía pública y otras zonas próximas a la excavación. Artículo 229.- Los muros de contención exteriores construidos para dar estabilidad a desniveles del terreno, deberán diseñarse de tal forma que no se rebasen los siguientes estados límite de falla: volteo, desplazamiento del muro, falla de la cimentación del mismo o del talud que lo soporta, o bien rotura estructural. Además, se revisarán los 10 estados límite de servicio, como asentamiento, giro o deformación excesiva del muro. Los empujes se estimarán tomando en cuenta la flexibilidad del muro, el tipo de relleno y el método de colocación del mismo. Los muros incluirán un sistema de drenaje adecuado que limite el desarrollo de empujes superiores a los de diseño por efecto de presión del agua. Los empujes debidos a solicitaciones sísmicas se calcularán de acuerdo con el criterio definido en el Capítulo VI de este Título.
Artículo 230.- Como parte del estudio de mecánica de suelos, se deberá fijar el procedimiento constructivo de las cimentaciones, excavaciones y muros de contención que asegure el cumplimiento de las hipótesis de diseño y garantice la seguridad durante y después de la edificación. Dicho procedimiento deberá ser tal que se eviten daños a las estructuras e instalaciones vecinas por vibraciones o desplazamiento vertical u horizontal del suelo. Artículo 231.- La memoria de diseño incluirá una justificación del tipo de cimentación proyectado y de los procedimientos de edificación especificados, así como una descripción explícita de los métodos de análisis usados y del comportamiento previsto para cada uno de los estados límite indicados en los artículos 224, 228 y 229 de este Reglamento. Se anexarán los resultados de las exploraciones, sondeos, pruebas de laboratorio y otras determinaciones y análisis, así como las magnitudes de las acciones consideradas en el diseño, la interacción considerada con las cimentaciones de los inmuebles colindantes y la distancia, en su caso, que se deje entre estas cimentaciones y la que se proyecta. En el caso de edificios cimentados en terrenos con problemas especiales, y en particular los que se localicen en terrenos agrietados, sobre taludes, o donde existan rellenos o antiguas minas subterráneas, se agregará a la memoria una descripción de estas condiciones y cómo éstas se tomaron en cuenta para diseñar la cimentación. Artículo 232.- En las edificaciones del grupo A y subgrupo B1 a que se refiere el artículo 174 de este Reglamento, deberán hacerse nivelaciones durante la edificación y hasta que los movimientos diferidos se estabilicen, a fin de observar el comportamiento de las excavaciones y cimentaciones y prevenir daños a la propia edificación, a las Edificaciones vecinas y a los servicios públicos. Será obligación del propietario o poseedor de la edificación, proporcionar copia de los resultados de estas mediciones, así 11 como de los planos, memorias de cálculo y otros documentos sobre el diseño de la cimentación a los diseñadores de edificios que se construyan en predios contiguos.
Losas de cimentación se clasifican en: Losa de cimentación con espesor uniforme. Losa de cimentación aligerada. Losa de cimentación nervada.
Las losas de cimentación se encuentran clasificadas dentro de las zapatas combinadas, ya que una losa de cimentación se define como una estructura que puede soportar varias columnas o muros al mismo tiempo. Esta se emplea cuando la capacidad de carga del suelo sobre el cual se va a edificar es muy baja y las zapatas aisladas resultan demasiado grandes y juntas para ser una opción viable.
También llamada como losa plana es la que en las columnas apoyan sobre la losa de cimentación, directamente o por intermedios de capiteles, pero sin que existan bigas de unión en los ejes de la columna. La losa plana puede aligerase con diversos procedimientos y tiene la ventaja de la sencillez constructiva, pero a costa de mayores volúmenes de concreto.
Losa de cimentación con espesor uniforme.- caracterizada por tener solamente refuerzos de acero y el espesor determinado por los cálculos sin ningún tipo de alteración.
La losa con contratrabes (vigas de cimentación) se emplea cuando los claros y las cargas son elevadas y se convierte en una estructura en cajón con losa en la parte inferior y superior de la contratrabe. Otra modalidad es una losa con contratrabe inferiores en la que el lecho superior es plano y constituye un piso utilizable; además es posible evitar el uso de cimbras al vaciar el concreto directamente en zanjas con superficies cubiertas de ladrillo o de concreto palme, para evitar la contaminación del concreto con el suelo. La construcción de una losa de cimentación implica la excavación total del suelo bajo la construcción hasta cierto nivel. Con ello se está liberando el suelo subyacente de la carga del material excavado, de manera que si la construcción de la cimentación y de la edificación se hace con la suficiente rapidez y con las debidas precauciones, la parte del peso de esta que iguala al del material excavado no producirá incrementos de esfuerzos ni hundimientos en el subsuelo.
Losa de cimentación aligerada.-caracterizada por disminuir el volumen de concreto a utilizar, debido a que solo se emplea el espesor determinado en las secciones criticas obviamente determinadas en el diseño; ya que el resto se disminuirá hasta donde permita el esfuerzo cortante involucrado en el diseño Fig. 3 Losa de cimentación nervada.- en esta solamente se emplean vigas, las cuales corren sobre los ejes X e Y generando cajones entre columnas, por lo tanto con esta forma se disminuye mucho mas el volumen de concreto a utilizar.
