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7/24/2019 Cto AII - 01 Cimentacines
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Csar Arana ZegarraDocente W.A UPN
Enero 2016
CONCRETO ARMADO II
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CIMENTACIONES
Csar Arana Zegarra. W.A UPN
Bibliografa:- CALCULO DE ESTRUCTURAS DE CIMENTACIN
Jos Calavera- DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Arthur Nilson
- ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CONCRETO REFORZADOOscar Gonzles Cuevas
Francisco Robles Fernndez
- DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Teodoro E. Harmsen
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GENERALIDADES:TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA
Cimiento: son elementos estructurales que tienen como funcin transmitir las
cargas y momentos de una edificacin hacia el suelo, de tal manera que la
presin transmitida sea menor a la que el suelo pueda resistir.
Esto significa que debemos encontrar un rea en planta para transmitir unapresin aceptable para el suelo.
Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos, muy
inferiores a las de la estructura, la cimentacin posee un rea en planta muy
superior a la suma de las reas de todos los pilares y muros de carga.
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GENERALIDADES:TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA
Cimiento:
Funcin
Cargas transmitidas por la
estructura a la cimentacin
Fuerzas del terreno que asumen las
cargas transmitidas por la cimentacin
La funcin principal de cualquier tipo de cimentacin es la de transmitir los esfuerzos de la
estructura a la superficie del terreno.
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GENERALIDADES:TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA
Terreno: estrictamente hablando, es tambin un material de construccin, pero
no es elegido por el tcnico. Las posibilidades de cambiarlo son casi siempre
pocas y nicamente podemos en ocasiones, modificar algunas de sus
propiedades. Rara vez es econmica su sustitucin.
Por esta razn que la cimentacin habr de proyectarse de acuerdo con el
suelo y en muchos aspectos la seleccin y la disposicin de la propia
estructura, vendr tambin condicionada por el.
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GENERALIDADES:
TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURAPor todo ello el proyectista de cimientos ha de ser especialmente
cuidadoso con los mtodos de clculo que elija y especialmente
prudente al aplicarlos.
En este sentido, el proyectista no debe olvidar que las cimentaciones
usuales estn ocultas y formadas por piezas generalmente muy rgidas
comparadas con las de la estructura.
Por tanto el fenmeno de la fisuracin, que es un excelente sntoma de
aviso, propio de las estructuras de hormign, no es observable en los
cimientos.
Tampoco las deformaciones de un cimiento excesivamente solicitado
(cargado), suelen ser tan importantes, como para constituir un sntoma
de aviso.
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GENERALIDADES:
TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURATodo ello acenta la necesidad de una especial prudencia y cuidado
tanto en la concepcin como en el clculo y los detalles al proyectar y
construir cimentaciones.
La durabilidad de estos elementos debe ser muy especialmente
considerada en el proyecto, en la seleccin de materiales y en la
ejecucin; ya que cualquier fallo no ser observable, en la mayora de
los casos, hasta no alcanzar elevada importancia.
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GENERALIDADES:
TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA Estructura
En toda estructura es necesario distinguir dos partes principales:
a) La superestructura: Es la parte de la construccin que est encima del niveldel suelo, en caso de edificios est conformado por las losas de entrepiso,
muros, y columnas.
b) Subestructua, o cimentacin: Es la parte del edificio que soporta la accin delas cargas provenientes de la superestructura.
Su Funcin es lograr que las fuerzas que se presentan en la base de la
estructura, tales como:
- Peso de la superestructura,
- Peso de los cimientos,
- Sismo,- Empujes hidrostticos,
se transmitan adecuadamente, sin riesgos de que falle la estabilidad de la
superestructura.
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GENERALIDADES:
TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA Estructura
Condiciones de estabilidad que debe garantizar toda cimentacin
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Cuando los estratos superficiales del terreno presenta caractersticas adecuadas
desde los puntos de vista tcnico y econmico para cimentar sobre l
Se suele trabajar con profundidades de 1, 1.5, 2, 3 m. dependiendo del nivel
del estrato resistente elegido.
Las cimentaciones superficiales estn constituidas por: Cimientos corridos. El cimiento de concreto ciclpeo es sencillo
y econmico, consiste en piedras de diferentes tamaos unidas
por una mezcla de concreto en proporcin Cemento - Hormign 1:10
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GENERALIDADES:
Cimentaciones Superficiales Zapatas: Cimentacin apta para profundidad de 0,80-1,50 m (sin nivel fretico),
preferiblemente con armadura y unidas entre si por vigas de amarre.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Zapatas Aisladas:
Terreno firme, asientos diferenciales
reducidos
Preferiblemente cuadrada
Posibilidad de unir con vigas de amarre
Zapata de medianera
Zapata de esquina
Zapata centrada
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Zapatas Combinadas y Corridas:
Se utilizan zapatas combinadas o corridas cuando
las zapatas aisladas se encuentran muy prximas o
incluso se solapan.
Tambin se emplean para apoyar muros con
capacidad portante
combinada corridaaislada
Zapata aislada Zapata combinada Zapata corrida
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GENERALIDADES:
Cimentaciones Superficiales Zapatas Combinadas y Corridas:
Este tipo de cimentacin se emplea cuando las zapatas aisladas se encuentran
muy prximas o incluso se solapan.
Las causas que originan esta situacin son varias: la proximidad de lascolumnas, la existencia de fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a
elevados asientos diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la
presencia de discontinuidades en este.
Si el nmero de columnas que soporta es menor de tres, se denominan
combinadas y corridas en caso contrario.
Tambin se utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga
o muros de contencin de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo
caso la anchura de la zapata puede ser variable.
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GENERALIDADES:
Cimentaciones Superficiales Emparrillados:
Los emparrillados se emplean cuando la capacidad portante del terreno es
escasa o cuando presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace
prever que puedan producirse asientos diferenciales importantes.
Cimentacin de emparrilladoTodas las columnas van a una nica cimentacin de gran rigidez
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Losas o Placa Flotante:
La cimentacin por losa se emplea cuando:
Las zapatas o el emparrillado ocupan ms del 50% de la superficie.
Se requiere un stano bajo, el nivel fretico es superficial.
Terreno heterogneo con posibles asientos diferenciales.
Hay combinacin de elementos de soporte (vigas, muros, etc)
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Losas o Placa Flotante:
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Losas o Placa Flotante:
Placa Flotante Continua Placa Flotante Nervada
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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales
Losas o Placa Flotante:
Cimentacin compensada Asientos inducidos por losas de cimentacin en
edificaciones vecinas
La cimentacin con losas comnmente se utiliza para cimentaciones compensadas cuando la
edificacin incluye la existencia de stanos en donde el peso de las tierras excavadas equivale
aproximadamente al peso total del edificio. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta
altura se debe preveer la distribucin proporcional de los stanos as como juntas estructurales.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Pozos:
La cimentacin por pozos constituye una solucin intermedia entre cimentaciones
profundas y superficiales. Se utiliza cuando la resistencia del suelo requerida se
alcanza a profundidades medias pero sin que se justifique la necesidad de cimentar
con pilotes.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Pozos:
Profundidades de 2 a 5 m. en general; recomendables 3-4 m.
En obras pequeas donde no es posible llevar maquinaria de pilotes por
el tamao de la obra o por calles estrechas.
En caso de acciones horizontales importantes.
En caso de acciones a traccin para compensarlo con peso propio.
Con nivel fretico problemas de entibacin.
Adecuado en arcillas expansivas atravesando la mayor parte de capa
activa.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Caissones:
Son cimentaciones semi-profundas / profundas que comprenden un radio lo
suficientemente grande como para que un hombre sea capaz se realizar la
excavacin para construirlo. Los Caissones son realizados in situ, en ocasiones
de manera manual y en otras utilizando maquinaria especial.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Caissones:
Se construyen por etapas anillos sucesivos que sostienen el terreno evitando su
colapso a medida que se avanza en la excavacin.
CONSTRUCCIN MANUAL
2. 3. 4. 5.1.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Caissones:
CONSTRUCCIN MANUAL
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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas
Caissones:
1. 2. 3.
5.
CONSTRUCCIN MECNICA
4.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Profundas
NO solo se pueden definir como el tipo de
cimentacin en las que el plano de apoyo
estrato de cimentacin se encuentra a una
gran profundidad, ya que en ocasiones NO
existe ese estrato de cimentacin.
Se considera que una cimentacin es
profunda cuando su extremo inferior en el
terreno se encuentra a una profundidad
igual o mayor a ocho (8) veces su dimetro
o ancho.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Profundas
Pilotes:
Son adecuados para:
Reducir o limitar asentamientos Soportar cargas altas y concentradas
Evitar asentamientos e incremento de
tensiones sobre edificios vecinos.
Formar cimentacin a ms de 4-5 m de
profundidad.
En sus diversas modalidades, es un tipo de cimentacin que se puede distinguir por
reducir asientos y mejorar la seguridad frente al hundimiento de las losas.
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GENERALIDADES: Cimentaciones Profundas
Pilotes:
Solucin de cimentacin con pilotes
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Pilotes:
Solucin de cimentacin con pilotes
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INGENIERA DE CIMENTACIONES
Es el arte y la ciencia que trata de resolver los problemas de cimentaciones,
aplicando criterios de ingeniera y los conocimientos de mecnica de suelos
En conclusin el problema de diseo de cimentaciones requiere tener un
conocimiento cabal del suelo soportante, y de la naturaleza y requerimientos de la
edificacin, o interaccin suelo-estructura o suelo-estructurasismo.
Para conocer el suelo en forma adecuada, es conveniente hacer pruebas y
exploraciones en el laboratorio in situ; y de esta manera, luego de un adecuado
procesamiento de los datos obtenidos, se podr conocer las cargas que el suelo
puede soportar en forma segura.
Para fines de ingeniera, el terreno se clasifica generalmente en dos: rocas y suelos.
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INGENIERA DE CIMENTACIONES Cargas de diseos en cimentaciones
Es necesario tener el conocimiento y criterio adecuados para decidir qu cargasdeben tomarse en cuenta para el diseo de cimentaciones.
Para estructuras de almacenamiento, como almacenes silos y tanques de agua;deber, lgicamente, tomarse la carga total para la cual ha sido diseada la
superestructura con carga simultnea.
En edificios industriales, cuando existen grandes cargas mviles, sedisea la zona especfica de la estructura sometida a la peor conduccin de
cargas ubicadas en esa zona.
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INGENIERA DE CIMENTACIONES Cargas de diseos en cimentaciones
Cuando existan cargas horizontales temporales, tales como viento o sismo, seconsiderar el 100 % de las cargas verticales y el incremento de estas, debido a las
fuerzas horizontales cuando excede el 25 % por este efecto, no as cuando no
excede de esta cantidad, salvo que las especificaciones de diseo as lo indiquen.
Se considerar un factor de seguridad mnimo de 1.5 al levantamiento, y tambin1.5 al volteo, a no ser que las especificaciones particulares de diseo del proyecto
indiquen otros valores mayores.
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Profundidad de cimentacin
El RNE Norma E.050 Art. 19:
La profundidad de cimentacin quedar definida por el Profesional
Responsable y estar condicionada a cambios de volumen por humedecimiento
secado, hielo deshielo o condiciones particulares de uso de la estructura, no
debiendo ser menos de 0.80m en caso de zapatas y cimientos corridos. Parapaletas de cimentacin no menos de 0.40m .
Cuando la profundidad mnima de cimentacin no fue determinada por
consideraciones de capacidad portante o asentamiento, debern tomarse en
cuenta otros factores, los cuales determinarn este valor de profundidad
mnima de cimentacin.
En cimentaciones apoyadas en arcilla se recomienda una profundidad mnima
de aproximadamente un metro; menores profundidades pueden sufrir
movimientos, debido a agrietamientos por contracciones o por esponjamiento
del suelo por efectos de cambios de humedad.
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Profundidad de cimentacin
En caso de no permitir la cimentacin ningn desplazamiento, se profundizar
de 1.50 m a 1.80 m. Esto depende del tipo de arcilla.
Los suelos tipo arenas arcilla o limos saturados sufren el fenmeno de
congelamiento superficial, causando un hinchamiento por esta causa.Estos efectos no son muy profundos y con unos 60 cm de profundidad de
cimentacin es suficiente, debiendo llegarse al metro cuando la capa fretica o
saturacin llega a unos 60 cm de la superficie.
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Profundidad de cimentacin
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Profundidad mnima de cimentacin
Cuando se cimienta en suelos granosos o arenosos, se recomienda compactar la
superficie en la que se apoyar la cimentacin.
No debe cimentarse sobre turba, suelo orgnico, tierra vegetal, relleno de
desmonte, o rellenos sanitarios o industrial, ni rellenos No Controlados. Estosmateriales inadecuados debern ser removidos en su integridad y ser
remplazados con materiales seleccionados.
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Tensin del terrenoLa tensin actuante sobre el terreno,
Se utiliza para efectos de comprobaciones geotcnicas
Esta tensin es la debida a los esfuerzos producidos por:
la estructura sobre el cimiento ms los debidos al peso propio del cimiento, ms
las tierras u otras acciones actuantes sobre l.
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Tensin del terrenoCuando se trata de calcular los esfuerzos (momentos flectores, esfuerzos cortantes
y punzonamiento) actuantes sobre el cimiento, la tensin es la debida a
aquellas acciones que son transmitidas por la estructura al cimiento ms las
directamente actuantes sobre ste y que no sean uniformemente repartidas.
No se consideranpor tanto ni el peso propio del cimiento, ni los rellenos u otrasacciones uniformemente repartidas que puedan actuar sobre el cimiento ya que
esas acciones estn en equilibrio con las reacciones que provocan en el contacto
suelo-cimiento y no producen por tanto esfuerzos en la pieza.
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Aspectos principales del diseo de cimientosPara proporcionar un apoyo apropiado a la edificacin, la cimentacin la
cimentacin debe satisfacer dos requisitos en forma simultanea:
Adecuada capacidad portante, de modo que impida la ocurrencia de la falla del
suelo de fundacin.
Asentamientos estructurales tolerables, que no ocasionen daos a la
construccin misma, o la construcciones vecinas, o las instalaciones enterradasen la proximidad de la cimentacin
Estos dos requisitos no se pueden encontrar en forma simultanea a travs de una
expresin matemtica, razn por la cual estos dos factores se analizan
independientemente mediante:
- La teora de capacidad de carga,- El clculo de asentamientos y
- Efectuar el diseo de la cimentacin en base a la condicin limitante.
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Aspectos principales del diseo de cimientos
El resultado de este proceso es:
Seleccin del tipo se cimentacin
Profundidad de desplante y
Capacidad de carga admisible del suelo;
los cuales quedan consignados en respectivo Estudio
de Mecnica de Suelos.
Definida la cimentacin se requiere el
aseguramiento estructural de los elementos que la
conforman mediante su dimensionamiento; lo cual
implica:
Determinacin de las acciones a la que estasometida la cimentacin durante su
funcionamiento:
- Cargas provenientes de la estructura.- Presin con la que el suelo de apoyo reacciona
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Obtencin de las cargas de diseo:Para el clculo de las cargas que solicitan a los
elementos de cimentacin, se analiza la
superestructura como un sistema
independiente de la subestructura,
suponiendo en la base de la superestructura
unas condiciones de empotramiento
perfecto.
Como resultado, las reacciones determinadas
en los apoyos de la superestructura se toman
como las cargas para el anlisis de lasubestructura , sin considerar la accin de la
superestructura (Figura b)
El criterio de independencia entre superestructura y cimentacin solo es
aceptable cuando no se produzcan desplazamientos importantes que puedan
modificar los solicitaciones al interior de la estructura
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Obtencin de las cargas de diseo:Debido a que las deformaciones a nivel de
cimentacin modifican no solo la distribucin
de presiones sobre el cimiento, sino tambin
las fuerzas internas en toda la estructura, es
necesario modelar el sistema superestructura-cimentacin como un conjunto (Figura c);
especialmente en construcciones importantes
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Los movimientos de los apoyos de la superestructura se restringen a travs de
lmites admisibles, los cuales no deben rebasarse, aunque se dimensione la
estructura para resistir sus efectos.
En la prctica es frecuente ignorar en el anlisis de la superestructura los
asentamientos que no excedan los lmites mximos, cuyos efectos se considerandisipados por los elementos de las estructuras a travs de deformaciones
inelsticas y por los tanto no es necesario suponer a los efectos de las otras
acciones
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Distribucin de presiones bajo el cimiento:La transmisin de un sistema de cargas al suelo por medio de un cimiento
produce una reaccin cuya resultante equilibra exactamente a la accin total
aplicada
Independientemente de que estas reacciones y las cargas aplicadas estn enequilibrio global, las diferencias en su configuracin a lo largo del cimiento es lo
que genera solicitaciones internas al elemento estructural:
Momentos flectores y
Fuerzas cortantes
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Distribucin de presiones bajo el cimiento:
Solicitaciones internas en el elemento estructural
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Distribucin de presiones bajo el cimiento:El diseo del cimiento implica:
Proponer las dimensiones en planta, de tal manera que la presin de contacto
generada por las cargas de la estructura no sobrepase la admisible por el suelo
Cumplida la condicin anterior se dimensiona:
- la seccin transversal y- cantidad de acero de acuerdo con las solicitaciones de fuerzas cortantes y
momentos flectores en secciones crticas.
Por eso, el segundo aspecto necesario para el clculo estructural del cimiento es
la determinacin de la presin de contacto.
La distribucin real de presiones de la zapata sobre el suelo, y por lo tanto, las
reacciones de este, constituyen un tema complejo que dependen de muchas
variables , en particular la rigidez de la zapata y de las caractersticas tensin -
deformacin del suelo.
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Aspectos principales del diseo de cimientos
Distribucin de presiones bajo el cimiento: