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CIMENTACIONESCIMENTACIONES

CESAR LEONIDAS CANCINO RODASCESAR LEONIDAS CANCINO RODAS

Cimentaciones

1. Definición2. Tipos de cimentaciones3. Distribución de presiones entre el suelo y la

cimentación4. Cimentación de muros5. Zapatas aisladas6. Zapatas combinadas7. Zapatas conectadas8. Emparrillados de cimentación9. Losas de cimentación

Se dice que quien proyecta y construye cimentaciones importantes y difíciles no duerme bien por la noche …

CW DUNHAM

DefiniciónDefiniciónLa cimentación, o subestructura, constituye un elemento de transición entre la estructura propiamente dicha, o superestructura, y el terreno en que se apoya. Su función es lograr que las fuerzas que se presentan en la base de la estructura se transmitan adecuadamente al suelo en que esta apoya. Para que esto se cumpla deberá haber una seguridad adecuada contra la ocurrencia de fallas en los elementos de cimentación o en el suelo y contra la presencia de hundimientos excesivos.

Requisitos de una buena cimentaciónRequisitos de una buena cimentación

1. 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.

2. Tendrá unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo.

3. No deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura.

Tipo de cimentacionesTipo de cimentaciones

• Cimentaciones superficiales:• Cimentaciones profundas:


• Cimentaciones superficiales:El estrato resistente se encuentra a poca profundidad Df/B<5La cimentación superficial transmite al suelo todas las fuerzas que recibe de la estructura, a través de la cara inferior o base en contacto con aquel. Esta fuerzas originan en el terreno esfuerzos cuya distribución se considera normalmente lineal.zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación

Muro

Limite de propiedad

Tipos de cimentaciones : Tipos de cimentaciones : cimentaciones superficialescimentaciones superficiales

Zapatas aisladas Cimentación de muros


A B

Rectangular, PA = PB

A B

Rectangular, PA < PB

Limite de propiedad

A B

Rectangular, PA < PB

Limite de propiedad

A B

Zapata Conectada

Limite propiedad

Son ensanchamientos de la sección de las columnas o muros, con los que se distribuye la carga de estos a un área de contacto mayor con el suelo. Las zapatas pueden ser aisladas (bajo una columna), corridas (bajo un muro), combinadas y conectadas (bajo dos o mas columnas)


Emparrillado

El apoyo se realiza sobre toda el área de contacto de las vigas y el suelo de cimentación. Vigas que se entre cruzan,


Emparrillado

El apoyo se realiza sobre toda el área de la construcción. Estas losas pueden ser planas sin vigas) o con retículas de vigas (llamadas contratabes).

Platea o losa de cimentación


• Cimentaciones profundas:El estrato resistente se encuentra a gran profundidadDf/B>5Las cargas actuantes se trasmiten al terreno a través de un estrato de gran espesor o a un estrato profundo que las resiste en su totalidad (fricción, punta).Los pilotes y micro pilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de cimentación

Cabezal de pilotes (zapata)

pilotesSuelo débil

Estrato de apoyo

Cimentaciones profundasCimentaciones profundas

Los pilotes se pueden colocar bajo zapatas o bajo losas de cimentación y pueden trabajar de tal forma que la carga se resista en parte por fricción con el suelo y en parte por apoyo de contacto profundo.

Material natural, con propiedades no contraíbles y son mas difíciles de determinara con precisión que las de los materiales de la estructura.La respuesta de la mayoría de los suelos bajo carga es no lineal desde niveles bajos de esfuerzos y se modifican en forma importante con el tiempo (CHILE).La distribución de presiones entre el suelo y cimentación depende de la interacción entre ambos sistema, la cual no se presta generalmente a ser representaba por medio de modelos sencillos.

A que nos enfrentamosA que nos enfrentamos

1. Análisis Estructural

Aspectos principales del problemaAspectos principales del problema

La superestructura se analiza como un sistema independiente de la cimentación, esto es se acepta que la deformación del suelo y la cimentación no modifica: a) la distribución de presiones entre el suelo y la cimentación y b) las fuerzas internas en los elementos que la componen la estructura.

2. Presión que se generan en el suelo


A medida que crece la profundidad, la magnitud de las presiones disminuye, pero están afectan zonas cada vez mas alejadas del punto de aplicación. Si las presiones en el suelo exceden de la capacidad resistente de alguna de las capas que se encuentran debajo de las zapatas, se producirán deformaciones excesivas del suelo que pueden conducir a la falla total o parcial de la estructura

2. Es suelo es un medio continuo


Tanto el suelo por debajo de la cimentación y el suelo no situado debajo del cimiento se deforman.Por esta razón resulta poco preciso modelar el suelo con resortes independientes bajo los untos de carga

Presión que ejerce el suelo sobre la Presión que ejerce el suelo sobre la cimentación cimentación

Depende:Tipo de suelo, Tipo de cimentación (rígida, flexible, continua)Rigidez relativa del suelo cimentación y estructura

1. Tipo de suelo (cimentaciones isostáticas)R

Suelos granulares

R

Suelo cohesivo

Presión que ejerce el suelo sobre la Presión que ejerce el suelo sobre la cimentación cimentación

R

p, presión de apoyo

Se aproxima a distribución teóricaLa presión en los extremos disminuye (comportamiento no lineal del suelo, el terreno cercano al borde es desplazado hacia afuera)A medida que se incrementa R la zona de plastificación se propaga de los externos hacia el centro

Difiere de la distribución teóricaLa presión es máxima en el centro (la rigidez del suelo se ve incrementada por confinamiento) y disminuye en los extremos (desplazamiento del suelo hacia afuera)A medida que se incrementa R la zona de plastificación se propaga del centro a los extremos

Presión que ejerce el suelo sobre la Presión que ejerce el suelo sobre la cimentación (zapatas) cimentación (zapatas)

2. Tipo de cimentación

El uso de teorías refinadas que suponen un comportamiento lineal del suelo no justifica en general el calculo de la distribución de esfuerzos en condiciones extremas (situación para la que se diseñan la cimentación)

Suelo cohesivo Suelos granularesLa deformación que se genera en la cimentación genera hace que se reduzcan las presiones en sus extremos (cohesivo o granular)

Presión que ejerce el suelo sobre la Presión que ejerce el suelo sobre la cimentacióncimentación

En cimentaciones continuas los movimientos diferenciales de los apoyos modifica la distribución de presiones del suelo

3. Cimentaciones continuas

La distribución de presiones varia según tipo de suelo, con razonable aproximación puede considerarse una distribución de acuerdo al modulo de balasto

La presión sobre la cimentación varia según la deformación de esta.

Las columnas descienden con la cimentación, es decir que la cimentación no puede ser concebida en absoluto como un elemento con carga igual a la reacción del terreno y apoyada en las columnas, si no apoyada en el terreno y cargada por las columnas

La variación de presiones se puede suponer como linealmente variable

La gran rigidez de la superestructura hace que los puntos de enlace de las columnas con la cimentación no puedan asentarse mas que manteniéndose todos sus puntos de apoyo con el cimiento alineados. El método del modulo de balasto no es aplicable, ya que este basa en que cada columna se hunde de acuerdo con la deformación de la cimentación, pero sin estar coaccionado por los otros a través de la cimentación

Los movimientos diferenciales de las columnas modifican la distribución de presiones

Presión que ejerce el suelo sobre la Presión que ejerce el suelo sobre la cimentacióncimentación

En cimentaciones continuas los movimientos diferenciales de los apoyos modifica la distribución de presiones del suelo e introducen fuerzas internas en la cimentación que no pueden ignorarse para suelos de alta compresibilidad. En estos casos la distribución de presiones en el suelo debe cumplir:

•Equilibrio global

•Equilibrio local

•Compatibilidad de deformaciones

Los hundimientos se deben calcular de acuerdo del tipo de suelo y tomando en cuanta la no linealidad del suelo.

Analizar la estructura considerando al interacción suelo cimentación estructura (ignora la no linealidad del suelo)

3. Cimentaciones continuas (suelos de alta compresibilidad)

Cimentaciones continuas sobre resortes Cimentaciones continuas sobre resortes elásticoselásticos

Se acepta una relación lineal esfuerzo deformación del suelo.

El suelo se sustituye por una cama de resortes cada de unos de los cuales actúa independientemente de los demás.

La presión con que reacciona el suelo ante la carga transmitida por la cimentación es proporcional al hundimiento que esta presente en el punto en cuestión

yK s

Donde:

Ks: modulo de balasto, modulo de reacción

y : hundimiento

qdxyd

EI 4

4


El modulo de balasto se suele determinar mediante una prueba de placa en la que se somete a carga una placa cuadrada de un pie de lado, colocada sobre el estrato de suelo en estudio y se determina la relación esfuerzo deformación, que resulta generalmente no lineal. Para el nivel medio de presiones a las que se provee va a estar sujeta la cimentación se determina una rigidez secante la cual se toma como modulo de reacción unitario (para una área carga de un pie cuadrado

El valor de k se relaciona con cimientos grandes que midan BxB de la siguiente manera

Bkk

BB

kk

30.0

230.0

30.0

2

30.0

Suelos granulares

Suelo cohesivos5.1

5.01

L

Bk

kBB

Para cimentaciones rectangulares con dimensiones BxL



4

14

4

1

4

4

4

4

4

4

4

4

EILbk

L

EIbk

wybkdxyd

EI

ybkwdxyd

EI

ybkwq

qdxyd

EI

s

s

s

s

s


4

14

4

EILbk

L s

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