CURSO DE

FUNDACIONES

NELSON VALDS MOYA

2013

Nelson Valds M. 2

1 INTRODUCCIN

2 CLASIFICACIN DE LAS FUNDACIONES CIMENTACIONES

2.1 Segn su profundidad

2.2 Segn su forma de trabajo (aislada, continua, medianera,etc)

2.3 Segn su geometra (flexible, rgida, semi-flexible)

3 CRITERIOS PARA EL DISEO DE FUNDACIONES

3.1 Criterios segn su forma de trabajo (aislada, medianera, etc.)

3.2 Criterios de cargas en las fundaciones (axiales, momentos, cortes)

4 ESTABILIDAD DEL ELEMENTO FUNDACIN Y CLCULOS

ESTRUCTURALES

4.1 Estabilidad del elemento fundacin (no vuelca, no desliza s suelo)

4.2 Clculos estructurales (capacidad soporte de la fundacin)

4.3 Nomenclatura empleada en las dimensiones de zapatas aisladas

CAPITULO FUNDACIONES

Nelson Valds M. 3

5 DETERMINACIN DE ESFUERZOS EN SELLO DE FUNDACIN

5.1 Esfuerzo Axial en el sello de fundacin

5.2 Momento en el sello de fundacin

5.3 Seguridad a hundimiento zapatas

5.3.1 Seguridad a hundimiento en zapatas bajo carga centrada

5.3.2 Seguridad a hundimiento en zapata bajo carga excntrica

5.3.3 Viga de amarre en zapata aislada (arriostramiento)

6 DISEO ZAPATA A CORTANTE

6.1 Cortante de accin como viga

6.2 Cortante por punzonamiento

Nelson Valds M. 4

CAPITULO FUNDACIONES

1.- INTRODUCCIN

Las fundaciones los cimientos son elementos estructurales (o

componentes estructurales) responsables de transmitir las cargas

de las diferentes estructuras al terreno.

Estos elementos pueden dimensionarse, es decir, se pueden calcular

y por lo tanto estn sujeto a diseo y a medidas:

PLANTA

L

B

L

Z

CORTE

B: ancho ( menor dimensin )

L: largo

Z: profundidad (anclaje)

Nelson Valds M. 5

En una fundacin, el rea de apoyo es fundamental (A =

B L) dado que es la que tomar contacto con el suelo

soportante para transmitir las carga de la estructura.

Suelo soportante, es aquel que aportar RESISTENCIA

suficiente para que la fundacin contrarreste las acciones

(cargas) de la sobreestructura

z

Sobreestructura: genera acciones, fuerzas, pesos, que se transmiten a las unidades de infraestructura

Infraestructura (fundaciones): por medio de stas,

las solicitaciones de la sobreestructura son

traspasadas al suelo

Nivel suelo

z min= 60 cm = 40cm + 20 cm

Compromete suelo no removido

Nelson Valds M. 6

Si el suelo no resiste, se producen asentamiento

(descenso de la fundacin) lo que genera

deformaciones que pueden ocasionar el colapso

de la estructura

asentamiento

Nivel suelo

Q

R

S Q > R Asentamiento provoca dao a la estructura

Nelson Valds M. 7

Existen entonces 3 elementos a considerar en el diseo de una fundacin

Sobreestructura

Infraestructura

Suelo soportante

Nivel terreno

Nelson Valds M. 8

Por lo general, las fundaciones se construyen de

hormign armado, salvo obras de tamao pequeo, en las

que puede ser ms rentable emplear hormign en masa.

Todo proyecto de fundacin debe incluir un Estudio

Geotcnico (estudio de las caractersticas y propiedades

del terreno); la cimentacin se apoya en el suelo y ste

debe garantizar la estabilidad de la estructura.

A partir del Estudio Geotcnico se podr conocer: tensin

admisible del terreno a las distintas profundidades,

densidad del suelo, cota del nivel fretico, ngulo de

friccin del suelo, cohesin, posibles asentamientos,

expansividad, etc.

Nelson Valds M. 9

Para la eleccin del tipo de fundacin, debe

tenerse en cuenta:

la sobreestructura que soportar (sus cargas) y

las propiedades del terreno donde se ubicar,

asumiendo que alcanzado un cierto nivel de

seguridad, debe de ser lo ms econmica posible.

Adems, se debe garantizar que la fundacin

tenga una durabilidad apropiada, ya que al

tratarse de estructuras enterradas, detectar y

corregir deficiencias resulta muy complicado y de

alto costo.

Nelson Valds M. 10

Se debe prevenir, que la fundacin se vea

afectada por:

i) la posible agresividad del terreno,

ii) por acciones fsicas como:

- modificaciones naturales o artificiales del

terreno (heladas, sobrecargas por rellenos)

- variaciones del nivel fretico,

- excavaciones prximas,

- erosiones,

- otras,

Nelson Valds M. 11

Sobreestructura

Infraestructura ;

Suelo soportante;

Nivel terreno

F

W

Distribucin de presiones

CAP II

(Mejoramiento de suelo)

?

Es decir, la eleccin de la fundacin depende de W, F, sadm, y $.

W: f (PP, PSC)

F: f ( viento, sismo) CAP I

s estructura Destructura

ssuelo CAP III Dsuelo CAP IV

sestructura s suelo

Dsuelo Destructura

CAP V

CAP VI

Nelson Valds M. 12

En resumen, el estudio de toda fundacin

comprende preliminarmente dos partes:

1.- Clculo de las cargas actuantes sobre la

fundacin (W, F)

2.- Estudio del terreno (s, D)

Con estos datos, se escoge el tipo de fundacin,

tenindose en cuenta que:

Las cargas estticas y dinmicas de la

sobreestructura deben ser transmitidas a las

capas de suelo capaces de soportarlas sin

rupturas.

Nelson Valds M. 13

Las deformaciones de las capas de suelo

deben ser compatibles con las admitidas por la

estructura.

La ejecucin de las fundaciones no debe

causar daos a las estructuras vecinas

Junto con el aspecto tcnico, la eleccin del

tipo de fundacin debe hacerse tambin

considerando el aspecto econmico

Nelson Valds M. 14

2.- CLASIFICACIN DE LAS FUNDACIONES

Las fundaciones se pueden clasificar:

2.1 Segn su profundidad,

2.2 Segn su forma de trabajo y

2.3 Segn su geometra o dimensin (lo que

condiciona su forma de trabajo)

Nelson Valds M. 15

2.1 Segn su profundidad

se pueden clasificar en:

2.1.1 Superficiales (zapatas y losas)

2.1.2 Profundas (pilotes)

2.1.3 Semi profundas Pozos de

cimentacin

Nelson Valds M. 16

2.1.1 Fundaciones superficiales

Resultan adecuadas para cimentar en

zonas en que el terreno presenta

propiedades adecuadas a cotas

superficiales, es decir, cuando las capas de

suelo inmediatas bajo la infraestructura

son capaces de soportar las cargas.

Las fundaciones superficiales se clasifican

en:

i) Zapatas y Vigas de cimentacin

ii) Losas

Nelson Valds M. 17

i) Zapatas y Vigas de cimentacin Es el tipo de cimentacin superficial ms comn.

Se emplean cuando el terreno alcanza a poca profundad

la resistencia adecuada en relacin a la cargas

impuestas y adems es lo suficientemente homogneo

como para considerar asentamientos diferenciales.

Entre los tipos de zapatas superficiales se tienen:

- Zapatas aisladas,

- Zapatas excntricas (medianera o esquinera)

- Zapatas combinadas (caso de pocas columnas o caso de todas las columnas de una edificacin la cual se convierte en una LOSA DE FUNDACIN),

- Zapatas continua o corrida en el caso de muros.

Nelson Valds M. 18

Nelson Valds M. 19

Vigas de Cimentacin: Segn como trabajan se pueden clasificar en:

a) Vigas conectoras

b) Vigas de fundacin

c) Vigas de amarre

Nelson Valds M. 20

a) Viga conectora o de arriostramiento: Se utilizan en zapatas medianeras (cargas excntricas) para evitar que la

fundacin se incline y con ello flexione la columna. Su funcin es equilibrar

la distribucin de los esfuerzos y no absorbe ningn tipo de momento.

Adems, no se considera reaccin por parte del suelo, esto se logra dejndola

en el aire o sobre una cama de arena suelta

Elemento rgido

Nelson Valds M. 21

b) Viga de fundacin: La carga de las columnas se consideran repartida por igual en las vigas

concurrentes a la misma y la carga de cada viga corresponde a la suma de las

cargas de las dos columnas que sustenta.

Estas vigas absorben momentos de las columnas y tambin la reaccin del suelo.

Nelson Valds M. 22

c) Viga o solera de amarre: Trabajan solo a traccin o compresin (10% de P)

http://www.google.cl/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=c-SJXAIqONPBQM&tbnid=xwRirdJRpfvTAM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.e-zigurat.com/cursos-zigurat/&ei=iMdBUtyfBtix4APsvICABg&bvm=bv.52434380,d.dmg&psig=AFQjCNGvRBm9366N6SnGuJkqxMiB3k3BJw&ust=1380128716811761

Nelson Valds M. 23

ii) Losas: Podra decirse que sera la solucin adecuada,

desde el punto de vista econmico, para una

fundacin superficial, cuando la superficie

necesaria de zapatas supere el 50 % de la

superficie en planta que ocupa la estructura.

Se emplean cuando:

- las cargas transmitidas al terreno con respecto

a la planta a cimentar son elevadas (grandes

silos, depsitos elevados, etc.),

- cuando la fundacin se encuentra por debajo

del nivel fretico,

Nelson Valds M. 24

- cuando la resistencia del terreno es baja,

- cuando las estructuras son poco deformables

con objeto de disminuir los asentamientos

diferenciales en terrenos poco homogneos,

etc.

Nelson Valds M. 25

losa de fundacin

http://4.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SmcrUbOdWbI/AAAAAAAABKU/pVrL7YnaSqs/s1600-h/tiposdelosas.JPG

Nelson Valds M. 26

Tipos de losas

http://www.google.cl/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=5ufPJoYgjVcjtM&tbnid=IGGWYZYvd_5W0M:&ved=0CAUQjRw&url=http://teoriadeconstruccion.net/blog/?p=279&ei=H8NBUrjzBbH94AO2_oHYDA&bvm=bv.52434380,d.dmg&psig=AFQjCNGlaS3ol8aG49X_PlseYZJy2U82dA&ust=1380127844955380

Nelson Valds M. 27

Losa de fundacin uniforme

Nelson Valds M. 28

Losa de fundacin y pilares

Nelson Valds M. 29

Otros tipos de losas son:

Losa de fundacin flotante: Se utiliza cuando

el terreno firme est muy profundo (ciudad de

Mxico) y consiste en remover una cantidad de

suelo similar a la masa de la estructura. Puede

ser fundacin con compensacin parcial o

total.

Losas masivas: Se utilizan para maquinaria

que produce vibraciones. Se busca que el peso

de la fundacin sea 1,5 veces el peso de la

maquinaria. Tambin se usan en torres de

energa.

Nelson Valds M. 30

Edificio Edificio

M: masa

V: volumen

Suelo blando

30 m.

Placa

Suelo firme o roca b) a)

Nelson Valds M. 31

2.1.2 Fundaciones profundas

Se construyen empleando pilotes de

fundacin ( prefabricados o hechos in situ).

Se adopta sta solucin cuando el terreno

adecuado para cimentar se encuentra a

cotas profundas, caso en el que la

excavacin necesaria para una fundacin a

base de zapatas o losas sera

antieconmica y dificultosa.

Nelson Valds M. 32

Pilotes: a) prefabricado b) hecho in situ

a b

http://1.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/Sm9tuE8vObI/AAAAAAAABLk/Ahg_ilGc8ns/s1600-h/1cimentacionesprofundas.JPG

Nelson Valds M. 33

Nelson Valds M. 34

Edificio

Suelo blando

Suelo firme o roca

Pilotes

Edificio

b) a)

Suelo firme

a) Suelo firme superficial b) suelo firme muy profundo

Nelson Valds M. 35

2.1.3 Fundaciones semi profundas

Solucin intermedia entre las

cimentaciones superficiales y las

cimentaciones a base de pilotes. Su

empleo puede resultar interesante en

aquellos casos en que la cota del terreno

en que ste adquiere la resistencia

necesaria para fundar se encuentra a

niveles intermedios (3 5 m).

Nelson Valds M. 36

a b c

a: unidad de fundacin llega al sello de fundacin en HA

b: unidad de fundacin de HA se apoya en mejoramiento de suelo

c: unidad de fundacin de HA se apoya en mejoramiento de hormign masa

Nelson Valds M. 37

Tipo de cimentacin Profundidad sello de

fundacin

Superficial 0,6 - 4 m

Semi-profundas 4 - 6 m

Pilotes > 6 m

Tipo de cimentacin adecuada segn la cota de fundacin

Nelson Valds M. 38

En general, la determinacin de la

profundidad que debe alcanzar una

fundacin no es un problema fcil de

resolver, pues, la nica regla que existe es la

que sugiere fundar a:

-una profundidad mnima bajo la capa vegetal

- o de relleno superficial suelto y

- bajo de la mxima penetracin de agua

lluvias.

(profundidad mnima de fundacin 40cm + 20cm).

Nelson Valds M. 39

Un ejemplo de tipos de fundacin, en

funcin de los casos de estratigrafa y

espesores de capas estratos que se

indican, seran los siguientes:

4m A

6m B

C

Nelson Valds M. 40

Si las capas A, B y C tienen resistencia

adecuada, es posible fundar en la capa A para

cualquier tipo de estructura y valor de carga.

Si slo la capa A es resistente, se puede apoyar

sobre sta solamente estructuras livianas

(presin < 1,5 - 1,0 kg/cm2) cuyo bulbo de

presiones no altere B. La carga limite debe ser

determinada por un anlisis de los

asentamientos (consolidacin por

deformacin elstica).

Nelson Valds M. 41

Si la capa A no es resistente y la B lo es, se debe

transmitir la carga de la estructura por medio de una

fundacin semi profunda a la capa B, cuidndose en el

caso que la capa C sea menos resistente que la B, de

limitar la carga a travs de un estudio de deformaciones.

Tambin, se puede hacer una losa de fundacin en A, pero

resulta de mayor costo.

Si las capas A y B son poco resistentes y la C lo es, la

fundacin (profunda) se debe apoyar en esta ltima capa.

colocar Pilotes

Si las capas A, B y C no son resistentes, se debe pensar

en construir la estructura en otro terreno, limitar la carga

estructural u optar por una fundacin flotante.

Nelson Valds M. 42

2.2 Segn su forma de trabajo

Por su forma de trabajo las fundaciones se

pueden clasificar en:

Aisladas: si soportan un solo pilar.

Combinadas: si soportan dos o ms pilares, en

nmero reducido. Se emplean para evitar carga

excntrica sobre la ltima zapata, o cuando dos

pilares estn muy prximos entre s, o, en

general, para aumentar la superficie de carga o

reducir asentamientos diferenciales.

Nelson Valds M. 43

Continuas o corridas bajo pilares: para soportar

varios pilares alineados.

Continuas o corridas bajo muros: para soportar

muros.

De medianera o esquina: cuando se descentra

soporte, suelen ir unidas mediante vigas riostra

con el fin de mejorar la estabilidad del elemento

de cimentacin.

Arriostradas: cuando varias zapatas se unen por

medio de vigas riostras, para dar mayor rigidez al

conjunto, en suelos malos, o cuando existen

acciones horizontales.

Nelson Valds M. 44

http://3.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SnWvc6GMebI/AAAAAAAABNU/pq4V6D-rEGU/s1600-h/1tiposdezapatasporsuformadetrabajo.JPG

Nelson Valds M. 45

2.3 Segn su geometra o relacin entre

sus dimensiones

Segn su geometra o relacin entre sus

dimensiones (lo que condiciona su forma

de trabajo) las fundaciones distribuyen las

presiones sobre el suelo (s = Q/A).

Sin embargo, la verdadera distribucin de

presiones desde la fundacin al suelo

viene condicionada por la flexibilidad

relativa de los medios de contacto (tipo

suelo-tipo fundacin):

Nelson Valds M. 46

Suelos

cohesivos

Suelos granulares

densos

s = cte. = Q / rea

Q

En general, es normal considerar una distribucin lineal

de presiones bajo las zapatas, es decir:

Nelson Valds M. 47

l =

El concepto de fundacin rgida, semi-rgida y

flexible est definido por Hetemgi a travs del

trmino l

Donde:

Ksb = coeficiente de balasto fundacin

B = ancho fundacin

L = largo fundacin

Ef= modulo elasticidad de la fundacin (ej.: 2,1105 kg/cm2)

I = momento de inercia de la fundacin

Nelson Valds M. 48

S:

l p/4 la fundacin es rgida

p/4 < l < p la fundacin es semi-flexible semi-rgida.

(flexible pero de longitud discreta)

l > p la fundacin es flexible

Nelson Valds M. 49

Sin embargo, en forma ms sencilla las fundaciones se

clasifican como:

Zapata rgida (macizo, trabaja solo a compresin) si a > 60

Zapata semi-rgida (compresin y traccin) si 45 a 60

Zapata flexible ( flexin y corte) si a < 45

a

Nelson Valds M. 50

Es conveniente usar macizos de fundacin

cuando el suelo resistente se encuentra a

profundidad intermedia (3 a 5m), cuando se

desea un arriostramiento lateral pasivo o un

gran peso a nivel de cimientos para

equilibrar esfuerzos horizontales (ej. viento

en galpones).

En zapatas rgidas, no es necesario

comprobar el esfuerzo cortante, y basta con

colocar armadura en su base para absorber

la traccin correspondiente a la inclinacin

de las bielas (ejes)

Nelson Valds M. 51

Para zapatas flexibles a < 45, pero l < p, es

muy comn suponer un diagrama lineal de

presiones de contacto, debiendo realizarse su

clculo, para esfuerzo de corte, considerando

que trabajan como viga.

P

s= fatiga sobre el terreno (zapata invertida para el clculo)

Nelson Valds M. 52

3 Criterios para el diseo de fundaciones 3.1 Criterios segn su forma de trabajo (aislada, medianera, etc.)

3.2 Criterios de cargas en las fundaciones (axiales, momentos, cortes)

3.1 Criterios segn su forma de trabajo

Preferentemente se emplearn zapatas aisladas para

fundar pilares, stos se dispondrn centrados excepto en

las zapatas de medianera y esquina.

Las dimensiones en planta de la zapata (A =axa axb) se

obtienen del clculo de la estabilidad del elemento de

fundacin (comprobacin a hundimiento y asentamiento

del terreno, estabilidad a vuelco y estabilidad a

deslizamiento), es decir s =P/A sadm suelo. El canto de la fundacin (h) es un criterio del clculo

estructural (dimensionamiento de la zapata como

elemento de hormign armado).

Nelson Valds M. 53

s= P/A sadm suelo

A = axa axb

P

h

Se recomienda que el canto total h no sea

inferior a 0,30 m, salvo casos excepcionales.

Nelson Valds M. 54

Las zapatas de medianera y esquina proyectar

con viga centradora de arriostramiento

Emplear zapatas combinadas cuando los soportes

estn muy prximos y cuando las zapatas

aisladas, incluso rectangulares, son inviables por

interferir entre s.

El plano de apoyo de la cimentacin debe ser

horizontal. En terreno inclinado considerar:

45 < 45 cm

Nelson Valds M. 55

Es conveniente que las instalaciones queden

por encima del sello de fundacin, no

interceptando con zapatas o vigas centradoras.

A partir del Estudio Geotcnico se obtiene la

profundidad adecuada para cimentar. Se debe

tener en cuenta que el terreno situado por

debajo de la cimentacin no debe verse afectado

por las alteraciones del nivel fretico.

En proximidad de vas o corrientes de agua el

plano de apoyo debe quedar ms profundo que

el nivel ms bajo del agua.

Nelson Valds M. 56

La fundacin se debe situar sobre un terreno de

caractersticas geotcnicas homogneas.

Si el terreno de apoyo presenta discontinuidades

o cambios sustanciales en sus caractersticas, se

fraccionar el conjunto de la construccin de

manera que las partes situadas a uno y otro lado

de la discontinuidad constituyan unidades

independientes.

Nelson Valds M. 57

El proceso de dimensionamiento de la zapata en

planta tiene los siguientes pasos:

Pre dimensionamiento de la zapata en planta.

Clculo de la distribucin de presiones sobre el

terreno.

Comprobar que las presiones sobre el terreno

no superan la tensin admisible del suelo. (Tambin comprobar que stas no sean inferiores en

exceso, ya que estaramos sobredimensionando. En caso

de que no sean adecuadas las dimensiones en planta,

volver a dimensionar).

Nelson Valds M. 58

Comprobar la estabilidad a vuelco, y

redimensionar si fuese necesario.

Comprobar la estabilidad a deslizamiento, y

redimensionar en su caso.

Calcular los asentamientos del terreno y

comprobar que stos no superan los admisibles;

reajuste si fuese necesario.

Nelson Valds M. 59

3.2 Criterios de cargas en las fundaciones

Entre las cargas o esfuerzos que deben

considerarse en el clculo de las cimentaciones

estn:

a) los esfuerzos (axiales, momentos y cortantes)

que le transmite la sobreestructura debido al

peso propio y cargas externas (viento, sismo,

sobrecargas)

b) peso propio de la cimentacin,

c) suelo y rellenos situados sobre la misma,

d) el empuje de tierras y,

e) si hay agua, el empuje hidrosttico.

Nelson Valds M. 60

Pasos:

En primer lugar se realiza el clculo de la sobre-

estructura, obtenindose as las reacciones en la

base de los pilares.

Luego se calcula la fundacin sometida a las

cargas o reacciones de la sobreestructura (axiles,

cortantes y momentos).

Finalmente verificar que el suelo es capaz de

soportar los esfuerzos. Esta forma de proceder presupone que el conjunto formado por la

cimentacin y el suelo es mucho ms rgido que la sobreestructura,

de modo que sus pequeos desplazamientos elsticos no alteran

apreciablemente los esfuerzos y reacciones de la misma.

Nelson Valds M. 61

Resumen :

Criterios para el diseo de fundaciones

-Para pilares emplear Z aislada

-Carga centrada

-Dimensin planta Z f(sadm suelo)

asentamiento (compatible con la ESTR)

vuelco

deslizamiento

-Canto min 30cm f (clculo estructural)

-Si existe Z medianera o esquina proyectar

viga centradora

Nelson Valds M. 62

-Plano SF HORIZONTAL ( 45 - 30 ; 45cm)

-Instalaciones sobre SF

-Profundidad SF Estudio de suelos f(s adm)

-Existe corriente agua SF bajo nivel

-Situar SF sobre terreno homogneo

-Si terreno presenta discontinuidades proyectar

unidades de F.

Nelson Valds M. 63

4. Estabilidad del elemento fundacin y

clculos estructurales

En un proyecto de fundacin se realizan

dos tipos diferentes de clculos:

4.1 Estabilidad del elemento fundacin

(determinar que las presiones sobre el terreno no

sobrepasen las admisibles)

4.2 Clculos estructurales

(determinar que la fundacin resiste los esfuerzos a los que estar sometida)

Nelson Valds M. 64

4.1 Estabilidad del elemento fundacin

Se trata de calcular las presiones que van

a actuar sobre el terreno, comprobando:

- que no se supere la tensin admisible del

suelo, y

- que no existe el riesgo de que se

produzca vuelco o deslizamiento del

elemento de fundacin.

Nelson Valds M. 65

Para establecer las dimensiones de la fundacin

y las tensiones al terreno, se consideran:

- las combinaciones de carga ms desfavorable

transmitidas por la sobreestructura (normativa).

- y los efectos de la infraestructura. ( peso del

elemento fundacin, el terreno que gravita sobre

l, entre otros (momentos debido a

deformaciones de soportes esbeltos).

Nelson Valds M. 66

http://4.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SondgTOzlwI/AAAAAAAABTU/ITqQXVfcTw4/s1600-h/calculodezapatas.JPG

Nelson Valds M. 67

4.2 Clculos estructurales

Se trata de comprobar que el elemento de

fundacin resiste los esfuerzos a los que

estar sometido.

definir:

- la armadura (Fe) necesaria

- canto fundacin (h)

- requisitos para garantizar una durabilidad

adecuada

Nelson Valds M. 68

Verificar la deformacin del elemento de

fundacin con distribucin de tensiones bajo el

terreno: UNIFORMES O TRAPEZOIDALES.

distribucin de tensiones uniformes

http://1.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SpqZgwmZx-I/AAAAAAAABUc/6Z3tMaXoYes/s1600-h/1deformacionelementocimentacion.JPG

Nelson Valds M. 69

distribucin de tensiones trapezoidal

http://2.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SqbaDsxL3yI/AAAAAAAABWY/G2fCOCN7YDU/s1600-h/1accionesenelplanodecimentacion.JPG

Nelson Valds M. 70

deformacin del elemento de cimentacin con

distribucin de tensiones TRIANGULAR.

http://3.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SpqZhIy6cgI/AAAAAAAABUk/sdP3vsH1s5U/s1600-h/2deformacioncimentaciones.JPG

Nelson Valds M. 71

La presin admisible del terreno (sadm suelo) est

determinada por el estudio geotcnico, y queda

impuesta por:

- condicin de asentamientos. Es decir,

deformacin suelo compatibles con la capacidad

de deformacin de la estructura (suelos finos o

sueltos)

- condicin puramente resistente (suelos

compactos)

En este ltimo caso, la presin admisible del

suelo es :

sadm suelo = sfalla /3

Nelson Valds M. 72

Para el anteproyecto de zapatas, previo a la

realizacin del estudio geotcnico, resulta til

disponer de una idea orientativa acerca de las

presiones admisibles en los distintos tipos de

terreno.

La Ordenanza General de Construcciones indica

capacidades admisibles para distintos tipos de

suelo.

Otra recomendacin, de la Sociedad Espaola de

Mecnica del Suelo y Cimentaciones, establece

presiones admisibles para arena y arcilla.

Nelson Valds M. 73

TIP O DE SUELO CAP ACIDAD adm

(Kg/cm2)

Roca dura 20 25

Roca blanda - arenisca 8 10

Tosca y arenisca arcillosa 5 8

Ripio de Santiago 5 12

Ripio conglomerado duro 5 7

Ripio suelto 3 4

Arena grano suelto (N = 15; SPT) 1,5 2,0

Arcilla compacta arena media seca 1 1,5

Arena grano fino (N < 15) 0,5 1,0

Arcilla hmeda < 0,5

Fango arcilla saturada 0

ORDENANZA GENERAL DE CONSTRUCCIONES

Nelson Valds M. 74

Compacidad Densidad

relativa

Anchos de zapata (m)

1 1.5 2 2.5 3 4 5

Muy suelta

Suelta 0.2 a 0.4 90 a

290

60 a

250

45 a

225

35 a

210

30 a

190

30 a

185

30 a

180

Media 0.4 a 0.6 290 a

600

250 a

540

225 a

500

210 a

450

190 a

450

185 a

435

180 a

420

Compacta 0.6 a 0.8 600 a

975

540 a

900

500 a

840

465 a

800

450 a

60

435 a

735

420 a

700

Muy compacta > 0.8 > 975 > 900 > 840 > 800 > 760 > 735 > 700

Presiones admisibles en zapatas (KN/m2), para terrenos

arenosos.

Cuando la arena, en toda la profundidad activa del cimiento, est por debajo de la capa fretica, los

valores dados en la anterior tabla se reducen a la mitad. (KN/m2) 0.01 (Kg/cm2)

Nelson Valds M. 75

Presiones admisibles en zapatas y losas (KN/m2), para

terrenos arcillosos.

Consistencia

Resistencia a

compresin simple

(N/m2)

Zapata

Aislada Continua

Fluida

Blanda 0.05 a 0.10 60 a 120 45 a 90

Media 0.10 a 0.20 120 a 240 90 a 180

Semidura 0.20 a 0.40 240 a 480 180 a 360

Dura > 0.40 > 480 > 360

Nelson Valds M. 76

4.3 Nomenclatura empleada en las dimensiones de zapatas

aisladas

a = largo

b = ancho

http://2.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SpqbEcaMRtI/AAAAAAAABUs/CAENjV1CNp0/s1600-h/3nomenclaturazapatasaisladas.JPG

Nelson Valds M. 77

5. Determinacin de esfuerzos en sello de fundacin

Es preciso determinar el esfuerzo axial y el momento en

el plano de la cimentacin, a partir de los cuales se

obtendr la distribucin de tensiones en el terreno, as

como los coeficientes de seguridad a vuelco y a

deslizamiento.

http://2.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SqbaDsxL3yI/AAAAAAAABWY/G2fCOCN7YDU/s1600-h/1accionesenelplanodecimentacion.JPGhttp://4.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/SondgTOzlwI/AAAAAAAABTU/ITqQXVfcTw4/s1600-h/calculodezapatas.JPG

Nelson Valds M. 78

5.1 Esfuerzo Axial en el sello de fundacin (N1):

N1 = N + WZ + Wt

donde:

N: carga axial en la base del soporte (pilar).

WZ: peso de la zapata.

Wt: peso del terreno que gravita sobre la zapata.

WZ = (a b h) HA

siendo:

a, b: dimensiones en planta de la zapata.

HA: Peso especfico del hormign armado.

h: canto de la zapata.

Nelson Valds M. 79

Wt = [((ab') (a b)) (H h) ] t

(Wt :Peso del terreno que gravita sobre la zapata

para el caso de zapatas aisladas)

Donde:

a, b : dimensiones del soporte (pilar) situado

sobre la zapata.

H: profundidad sello fundacin.

h: canto zapata.

t : peso especfico del terreno.

Nelson Valds M. 80

5.2 Momento en el sello de fundacin (M1):

M1 = M + Vh

Siendo:

M, V: valores caractersticos del momento y el

cortante en la base del soporte (pilar).

h: canto de la zapata.

Nelson Valds M. 81

5.3 Seguridad a hundimiento Zapatas

imp adm suelo

5.3.1 Seguridad a hundimiento en Zapatas bajo

carga centrada

En la prctica suele suponerse que la

distribucin de las presiones del terreno es plana

tanto si la zapata es rgida flexible.

Si la resultante (N1) es centrada, la presin del

terreno es uniforme, entonces debe cumplirse:

Nelson Valds M. 82

imp = med = N1/(ab) adm

Donde:

N1 = carga axial en el plano de la cimentacin.

a, b = dimensiones en planta de la zapata.

med = presin media en la base de la zapata.

adm = presin admisible del suelo.

Distribucin de tensiones bajo el terreno para carga centrada

http://3.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/Sr9_O1qSr3I/AAAAAAAABXY/R0PtF7DOOQk/s1600-h/1distribuciontensionesbajoterreno.JPG

Nelson Valds M. 83

En la prctica, las zapatas de edificacin se

calculan con carga centrada, dado que los

momentos (M) son relativamente pequeos en

comparacin con la carga axial (N1) en el plano de

cimentacin y las excentricidades (e) son

despreciables en comparacin con las

dimensiones de la zapata.

No sucede lo mismo con otro tipo de estructura.

En zapatas de pilares de naves agroindustriales,

muros de contencin, depsitos, etc., los

momentos son importantes en relacin al axial.

Nelson Valds M. 84

5.3.2 Seguridad a hundimiento en Zapatas bajo

carga excntrica en una direccin

Carga actuando con una excentricidad reducida

e a/6 (resultante dentro del NCLEO CENTRAL)

e

a`/6 a`/6

a`/3

N1 N1 e = M1

a`

Nelson Valds M. 85

Ncleo

central

a`

b`

Nelson Valds M. 86

En ste caso la distribucin de presiones bajo

el terreno es trapezoidal y las presiones en los

bordes de la zapata son:

= N1/(ab) {1[(6e)/a]} (Kg/cm2)

Tomando la presin mxima, media y mnima

los siguientes valores:

mx = N1/(ab) (1+((6e)/a))

med = N1/(ab)

mn = N1/(ab) (1-((6e)/a))

Nelson Valds M. 87

Donde:

N1, M1 = Axial y momento en el plano de la cimentacin.

a, b = dimensiones en planta de la zapata.

e = M1/N1 = excentricidad resultante en el plano de la

cimentacin (M1 = M + Vh)

Distribucin de tensiones bajo el terreno para carga con excentricidad reducida (e a/3)

http://3.bp.blogspot.com/_F4myRdg4viI/Sr9_qPnJ6gI/AAAAAAAABXg/fFwGc_63nTA/s1600-h/2distribuciontrapezoidal.JPG

Nelson Valds M. 88

Y se debe verificar que, para la seguridad

frente a hundimiento de la cimentacin:

mx adm

La normativa Espaola permite en los

bordes un aumento del 25 % en la presin

admisible, siempre que la presin en el

centro de gravedad de la superficie de

apoyo no exceda la presin admisible.

[ mx 1.25 adm sii med adm ]

Nelson Valds M. 89

5.3.3 Zapata- Vigas de amarre :

Se recomienda que todas las zapatas aisladas esten

amarradas por un sistema de vigas a nivel de fundacin

para garantizar el comportamiento integral de la

estructura.

Estas vigas se disean para una carga a tensin o

compresin igual a:

F = 0.25AaPu

Donde Pu es la carga mxima de las columnas que

amarre y Aa es la aceleracin ssmica de diseo.

Adems, la viga de amarre debe soportar los momentos

producidos por asentamientos diferenciales:

M = (6EI/L2) ; I = bh3/12

Nelson Valds M. 90

6. Zapatas - Diseo a cortante

Diseo a cortante:

Se podra decir que la capacidad de las

fundaciones est regida por los esfuerzos

cortantes.

Se conocen dos tipos de cortante crticos:

Cortante de accin como viga y

Cortante de punzonamiento.

Nelson Valds M. 91

6.1. Cortante de accin como viga.

Este cortante es semejante al de una viga de

concreto, su falla produce grietas de tensin

diagonal en las proximidades de los apoyos.

Para una zapata se podra decir que ella misma es

una viga ancha apoyada en la columna.

P

s= fatiga sobre el terreno (zapata invertida para el clculo)

Nelson Valds M. 92

los esfuerzos por corte mximos estn

dados por

= V / adm

adm = 0.85*(fc)1/2/5 en MPa

adm = 0.85*0.53*(fc)1/2 en Kgf/cm

adm 3% fc (Kgf/cm)

adm 5-7 (Kgf/cm )

Nelson Valds M. 93

6.2 Cortante por punzonamiento.

El efecto es que el pilar perfora la fundacin

Esta falla se produce con una grieta diagonal

formando una superficie de cono o pirmide

alrededor de la columna. La inclinacin de estas

grietas vara de 20 grados a 45 grados.

Nelson Valds M. 94

Esfuerzos mximos por punzonamiento:

= N / A1 adm ;

Donde: A1 = 2(a + b) h

adm = 0.85*(fc)1/2/5 (MPa) 5-7 kg/cm2

h a

a1

a1 > a

h1 h1 < h

pedestal

N

Nelson Valds M. 95

FIN

.......GRACIAS