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Cimentaciones
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1. Definición
El tema de cimentaciones es un tema muy importante para cuestiones de edificaciones, muros, etc. Debido a que son estos elemento aquellos que direccionan o depositan toda la carga estructural en el suelo.
El suelo al ser el elemento que soporta toda la presión ejercida por la estrucctura tiene que ser muy resistente, es decir tiene que tener una presión o esfuerzo mayor a esta capacidad de soporte se le llama capacidad portante del suelo.
Por tanto cursos o temas relacionados a la mecánica de suelos, geotecnia y geología son muy importantes para dar confiabilidad a los cálculos o diseño de ciemientos puesto que podemos tener un panorama con la realidad.
Sin embargo el factor experiencia no queda omitido a pesar de la mucha información que podamos asimilar.
La mecánica de suelos es una ciencia, mientras la ingenieía de cimentaciones es un arte. (Peck,1967)
2. Conceptos previos
2.1 Sistemas de construcción
Debido que una estructura posee elementos que depende de uno al otro en cuanto la transmisión de cargas, cerramiento o confort podemos decir que una construcción está determinado por tres subsistemas.
- El subsistema de estructura: Hace referencia a los elemento que transmiten y soportan las cargas de una estrutura.
- El subsistema de cerramientos: Hace referencia a los diversos muros, pared, placas o pantallas que confinan un ambiente.
- El subsistema de acabado : Hace rereferencia a lo estético de la estructuta que causa confort en las personas.
Pero básicamente se podría decir que son dos sistemas constructivo:
* Sistema de muros portante
Son aquellos muros que tienen función estructural y que van conformado por generalmente por cimientos corridos, losas, dinteles, etc.
Son aquella que van conectas por zapatas,columnas y vigas.
2.2 Fuerzas que actuan sobre un elemento estructural
Los esfuerzos que actúan sobre una estructura hacen referencia a aquellas fuerzas que actuan sobre los elementos estructurales, como vigas, columnas, zapatas, etc.
- Compresión
Es aquella fuerza que actúa axialmente al elemento, y de manera que acorta, disminuye, encoge un elemento. Por ejemplo una pata de mesa.
- Tracción
Es
aquella fuerza que actúa axialmente al elemento, pero al contrario de las fuerzas de compresióne estas alargan, aumenta una longitud, estira un elemento. Por ejemplo un cordel.
- Flexión
Es
aquella fuerza que actúa en la dimensión dominante de un elemento estructurar, a esto lo suelen llamar elemento estructural alargado. Su efecto es doblar y un algunos ejemplos son vigas, placas, plateas, etc.
El acero resiste muy bien a la tracción y el concreto muy bien a la compresión, pero no en viceversa. Sin embargo el concreto armado (concreto + acero) es muy bueno frente a la flexión.
- Torsión
Es
aquella fuerza que actúa torciendo o girando un elemento por ejemplo el eje de ruedas de un coche, el destornillador
- Corte
Es
aquella fuerza que desplaza partes de un elemento en forma contraria, por ejemplo la tijera cortando una hoja, una viga y un pilar.
Más ejemplos se puede apreciar en la siguiente imagen
2.3 Interacción suelo estructura
Consiste en encontrar un sistema de fuerzas que aplicadas simultáneamente a la estructura y a la masa de suelo produzcan la misma configuración de desplazamientos diferenciales entre los dos elementos, debiendo cumplir con las condiciones de equilibrio y continuidad, ecuaciones fundamentales del análisis fundamental.
Se va tener en cuenta los conceptos relacionados a la mecánica de suelos (comportamiento de la masa del suelo) y a la resistencia de materiales (comportamiento del material de la estructura).
Los estudios de Mecánica de Suelos tiene como objetivo principal, conocer las características del subsuelo para que en función de estas se propongan las estructuras de cimentación apropiadas.
2.4 Actividades preliminares
3. Tipos de cimentaciones
Hay dos tipos de cimentaciones los cuales son:
3.1 Cimentaciones superficiales
- Cimientos corridos de concreto ciclopeo:
Son perfectos cuando el suelo es cohesivo, en donde no hay desprendimiento de tierra. Se suele cavar y luego hechar piedras de zanja (piedras grandes) esto acompañado de cemento, hormigón, agregado grueso y agua.
Estos cimiento no llevan refuerzos de acero y en suelos de buena
capacidad portante o en edificaciones de poco niveles estos cimientos sirven de anclaje más que transmisor
de carga.
El ancho de la zanja varía entre 40 y 60 cm y la longitud de ella corre a lo largo del muro que irá encima y la profundidad llega hasta encontrar el estrato de hormigón usualmente entre 80 y 120 cm.
Para la escavación se recomienda humedecer el suelo de un dia para otro de esa manera ya no será muy tedioso escavar.
- Zapata aisladas:
Es el tipo de zapata mas simple constituido por un solo pilar. Este cimiento lleva refuerzos y cuando en su base el momento flector es demasiado se recomienda utilizar zapatas combinadas o zapatas corridas. Recomendable para resistencias a compresión medias o altas.
Usualmente el fondo de las zapatas llega a una profundidad de entre 160 a 300 cm.
La columna debe ser vertical y anclada a la zapata.
- Zapatas corridas
Se emplean para cimentar muros portantes, o hileras de pilares. Al igual que los cimientos corridos son de longitud similar a los muros que van con ella es decir de grandes longitudes en comparación de su sección transversal.
- Zapatas combinadas
Es aquella zapata que sirve de cimentación para dos o más pilares. Hemos mencionado que las zapatas aisladas tienen problemas con los momento flectores que aparecen en su base, cuando unimos mas de una y la convertimos en zapatas combinadas este efecto reduce y se tiene un elemento más estable.
- Plateas de cimentación
Es una losa apoyada directamente sobre el terreno. Se suele utilizar cuando el emparillado de una zapata es muy grande en área. Puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales.
3.2 Cimentaciones profundas
Son aquellas diseñadas para trabajar a gran profundidad, buscando estratos de suelo más resistentes que los que se encuentran en los estratos superficiales. La diferencia con las cimentaciones superficiales que trabajan por presión en la base, las cimentaciones profundas trabajan por ficción o rozamiento en el fuste o por rozamiento y presión en la base.
Cuando la capacidad portante del suelo no es suficiente o excedidad por mucho por la carga de toda la estructura entonces se suele recurrir a cuatro tipos de cimentaciones profundas.
- Por sustitución
El criterio para este tipo de cimentación es que el material a escavar en peso sea igual o cercano al peso de la edificación.
- Por flotación
Se basa en el principio de arquímides, es decir que al haber presencia de liquído en el suelo existe fuerza de empujes que deben ser considerado. Las construcciones se deben ejecutar perfectamente impermeables calculando el centro de corquedad de las construcciones y la reacción del empuje ascendente para evitar hundimientos o el volteo.
- Por pilotación
Las cimentaciones basadas en pilotes tienen el criterio de transmitir cargas de la estructura a capas más profundas con la resistencia necesaria. Los pilotes transmiten cargas que reciben del estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Se tienen tres formas de trabajo para pilotes:
- Pilotes trabajando con apoyos directos.
- Pilotes que trabajas mediante fricción.
- Sistema mixto.
Dentro de los tipo de pilotes se tiene:
- Pilotes hincado: Generalmente de acero, que mediante un máquina llamada pilotera se hincan en el terreno. Esta tiene un martinete que los golpea hasta que se llega a la profundidad específicada en el proyecto.
- Pilotes "in situ": Se construyen en el lugar, como el nombre lo indica. La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar la perforación que ocupará este cimiento, el cual se rellena con una mezcla de agua y bentonita como forma de evitar el desmoronamiento de las paredes. Luego de perforar y alcanzar la profundidad adecuada se introduce la armadura de acero y se hormigonéa con un caño que llega hasta el fondo y va desplazando la bentonita por hormigón. Se trata de pilotes de hormigón armado.
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| Fabricación de un pilote de concreto armado "in situ" |
- Por pantalla
Constituyen un tipo de cimentación profunda muy usada en los edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies.
Se suele utilizar para sotanos, en parkings, y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras.
El pozo de cimentación o CAISSONS es también un tipo de cimentación profunda, utilizada cuando los suelos no son adecuados para cimentaciones superficiales por ser blandos.
4. Factores para elegir el tipo de cimentación
Los factores son los siguientes:
4.1 Cargas
De de estas tenemos que tener en cuento que acciones afectan a la estructura, por ejemplo el propio peso de la estructura, cargas variables o viva y accidentales como las de los vientos y sismo.
4.2 Suelo
El tipo de cimentación depende especialmente de las características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freátic.
4.3 Técnica y economía
Finalmente luego de a ver optado por algún tipo o tipos, se llevará a evaluación económica y se elegirá aquella que permita ahorar más tiempo y dinero respetando las especificaciones técnicas.
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