Ciment Ac i Ones

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ZAPATAS Y LOSAS DE CIMENTACIN

Una zapata es una cimentacin superficial, adems es la ampliacin de la base de una columna o muro, que tiene por objeto transmitir la carga al subsuelo a una presin adecuada a las propiedades del suelo. Se consideracimentacin superficialcuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocarasientosexcesivos de la estructura que puedan afectar la funcionalidad de la estructura; de no ser as, se harn Cimentaciones Profundas.

1. TIPOS DE ZAPATASLas zapatas son cimentaciones superficiales o directas, como toda cimentacin ha de garantizar, de forma permanente, la estabilidad de la obra que soporta.

Los tipos de zapatas pueden ser: Por su forma de trabajar: - Aisladas: Las zapatas aisladas son un tipo de cimentacin superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata ampla la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite.El trmino zapata aislada se debe a que se usa para asentar un nico pilar, de ah el nombre de aislada, la mayora de estas son de planta cuadrada, con refuerzo que consiste en dos juegos de varillas perpendiculares entre si. Este se conoce como refuerzo en dos direcciones. Es el tipo de zapata ms simple, aunque cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten ms de un pilar. La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios trmicos, aunque en las estructuras s que es normal adems de aconsejable poner una junta cada 3 m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un nico pilar. En el clculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta adems del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan sobre sus vuelos, estas dos ltimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento. Por otra parte en el clculo de vuelco, donde el peso propio de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable. El diseo de una zapata aislada se basa en varias consideraciones como son presin mxima del suelo, control de asentamientos, tamao de la columna etc.Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterognea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. - Combinadas: si soportan dos o ms pilares, en nmero reducido. Se emplean en medianeras para evitar la 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 asientos diferenciales.- Continuas bajo pilares: para soportar varios pilaresalineados; se emplean en circunstancias parecidas a las zapatas combinadas.- Continuas bajo muros: La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata corrida o zapata continua.- De medianera o esquina: cuando se descentrasoporte, 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 mediocres, o cuando existen acciones horizontales.

Por su morfologa: - Macizas (concreto en masa): Lazapata macizasolo trabaja a compresin.Es unazapataque no necesita ir armada, aunque puede colocarse una pequea armadurasi la carga lo requiere, y de esa manera se evita que elcimientose abra (armadura de reparto).Esta seccin suele usarse ms enzapataso cimentaciones continuasque enzapatas aisladas. Que a su vez pueden ser:a) Rectas. b) Piramidales. c) Escalonadas

Por la relacin entre sus dimensiones (lo que condiciona su forma de trabajo): - Rgidas (concreto armado). En las que el vuelo es menor o igual a dos veces el canto. Lazapata rgidasuele armarse con una carga de hierro de alrededor de 25 a 40 kg/m3. En laarmadurase utilizanbarrasde un dimetro mnimo del orden de 12 mm para evitarcorrosiones.Su recubrimiento mnimo es de 8 cm.- Flexibles (concreto armado). En las que el vuelo es mayor a dos veces el canto. Lazapata flexible, por sus dimensiones, est sometida tanto a esfuerzos decompresincomo detraccin. La armadura reparte los esfuerzos de traccin producidos en la zona inferior de lazapata.Aunque la cantidad dearmaduradepende delterrenoy de la carga que soporta el cimiento, suele oscilar entre 50 y 100 kg/m3.

Por la forma: - Rectangulares, cuadradas, circulares y poligonales.2. CONSIDERACIONES GENERALES PRINCIPIOS GENERALESEl cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas actuantes sobre la totalidad de la construccin al terreno. 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.Una cimentacin deber cumplir tres requisitos fundamentales:a) El nivel de la cimentacin deber estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios de volumen del suelo, capa fretica, excavaciones posterioresb) Tendr unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo c) No deber producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura (asientos admisibles). Muchos suelos, fundamentalmente los que tienen arcillas expansivas, varan mucho de volumen segn su contenido de humedad. Dichos suelos debern evitarse o recurrir a unas cimentaciones ms profundas que apoyen en terrenos ms estables.Otras veces, sin llegar al caso anterior, las alternancias de estaciones secas y hmedas o la proximidad de rboles caducifolios con riego o la rotura de conducciones de agua generan hinchamiento del suelo que puede producir el fallo de la estructura. Por ello conviene alejarla de todas las causas citadas como medida de precaucin.La exploracin del terreno es necesaria para proporcionar al ingeniero proyectista datos sobre:a) La profundidad de la capa fretica.b) Las diferentes capas del terreno conociendo su inclinacin, espesor y caractersticas mecnicas (Compresin simple, ensayo triaxial, etc.) y qumicas (sulfatos, carbonatos, etc.).c) Muestras del suelo para conocer otras caractersticas mecnicas y la capacidad de asientos sobre suelos inalterados.El firme es el plano horizontal del estrato de terreno sobre el cual apoyamos nuestra cimentacin, el cual debe ser capaz de soportar las tensiones transmitidas por la misma.La capacidad portante de un terreno es la carga mxima (expresada en unidades de presin) que es capaz de soportar el terreno sin que se desencadene su rotura o asiento incontrolado de la construccin que descansa sobre el mismo. Tambin se denomina carga de hundimiento, de rotura o ltima. La carga admisible es la carga de hundimiento dividida por un factor de seguridad.

EN ZAPATAS:En las zonas fras, las zapatas se desplantan comnmente a una profundidad no menor que la penetracin normal de la congelacin. En los climas ms calientes, y especialmente en las regiones semiridas, la profundidad mnima de las zapatas puede depender de la mayor profundidad a que los cambios estacionales de humedad produzcan una contraccin y expansin apreciable del suelo. La elevacin a la que se desplanta una zapata, depende del carcter del subsuelo, de la carga que debe soportar, y del costo del cimiento. Ordinariamente, la zapata se desplanta a la altura mxima en que pueda encontrarse en material que tenga la capacidad de carga adecuada. La excavacin para una zapata de concreto reforzado debe mantenerse seca, para poder colocar el refuerzo y sostenerlo en su posicin correcta mientras se cuela el concreto. Para hacer esto en los suelos que contienen agua puede ser necesario bombear, ya sea de crcamos o de un sistema de drenes instalado previamente. EN LOSAS DE CIMENTACIN: Desventajas Cabe mencionar que entre ms grande sea la losa ms costosos resultan los procedimientos constructivos, en estos casos pudiera ser preferente una cimentacin a base de pilas o pilotes. El costo de construccin no es la nica desventaja de este tipo de cimientos, al estar en contacto con el suelo una gran rea de la losa, es necesario protegerla contra la accin de la humedad, la accin de los lcalis,entre otros fenmenos indeseables para el buen funcionamiento de la cimentacin. Drenaje, impermeabilizacin y proteccin contra la humedad Es casi inevitable que ocurran filtraciones de agua en los stanos de los edificios, ya que es precisamente esta parte de la construccin la que est en contacto directo con el suelo, ms an si consideramos los posibles defectos de la construccin. Tambin es importante el considerar las condiciones de aguas freticas del suelo al proyectar la profundidad de la excavacin necesaria para desplantar la losa o cajn de cimentacin. Si debe desplantarse por debajo del nivel fretico, deben tomarse precauciones especiales para evitar filtraciones importantes dentro de la estructura. En general se utilizan dos mtodos: la utilizacin de drenajes y la impermeabilizacin. 1. Drenajes: Los drenajes son bastante tiles cuando las filtraciones son pequeas ya que es fcil evacuar el agua acumulada a bajo costo, frecuentemente por gravedad, por medio de albaales o zanjas. Entre los drenes ms comunes estn los en zapatas y los de piso, los drenes en zapata se fabrican con tramos cortos de PVC con pequeas perforaciones que se tienden en zanjas cavadas a un lado de la base de la zapata para ser rellenadas posteriormente con material de filtro; los ltimos 30 cm de relleno se hacen con material menos permeable para evitar que se filtre el agua de la superficie. Los drenes de piso no son muy comunes sin embargo, es posible que hayan flujos de agua por debajo de la losa por lo que se aconseja el uso de drenaje. Estos drenes no debern conectarse a tubos de bajadas pluviales ni a drenes superficiales. 2. Impermeabilizacin: la cantidad de agua que se colecta en los drenes es muy grande, es recomendable el uso de impermeabilizantes en el stano y permitir que la losa quede sujeta a la presin del agua fretica. Uno de los mtodos ms eficientes es el de membrana, que consiste en colocar una membrana de material asfltico cerca del exterior del edificio. El material asfltico se aplica en caliente y es bastante flexible y lo suficientemente dctil como para mantener su integridad en caso de que se presenten pequeos agrietamientos en la estructura. Para que la membrana sea totalmente efectiva debe cubrir en su totalidad la superficie de la estructura que est en contacto con el agua, para ello se requiere la construccin de un sub-piso sobre el cual se coloca la membrana antes de construir la losa como tal. Los muros y pisos que quedan dentro de la membrana estn sometidos a la accin de la presin del agua, por lo que deben disearse para soportar dichas acciones. Actualmente pueden utilizarse otros tipos de impermeabilizantes especiales o bien pueden usarse aditivos para disminuir la permeabilidad del concreto como el humo de slice y/o escorias de silicio. 3. ZAPATAS COMBINADASUna zapata combinada se caracteriza por soportar ms de un elemento sobre una misma base (dos o ms pilares), adems de tener un espesor mucho mayor que el de una zapata aislada o corrida. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un nico elemento de cimentacin, el resultado puede ser un elemento ms estabilizado y sometido a un menor momento resultante.Como una alternativa, se pueden ligar los elementos a soportar por medio de una contratrabe, con lo que esto se reduce el espesor de la zapata. Esta opcin podra utilizar un menor volumen de concreto.

Existen dos tipos de zapatas combinadas: la de lindero y la intermedia, las cuales se diferencian slo por la posicin de los elementos que van a soportar.

Zapata combinada de lindero vista en corte

Zapata combinada intermedia vista en planta ZAPATA COMBINADA DE LINDEROSe utilizar una zapata combinada de lindero cuando la capacidad de carga del terreno es muy baja y la carga del lindero muy alta.

Zapata aislada de lindero y zapata aislada

Las diversas formas en las que se puede disear una zapata de lindero, adems de larectangular, son las siguientes:

Diversas formas de una zapata combinada de lindero

Para poder reducir el gran espesor de este tipo de zapatas, se pueden ligar los elementos por medio de una contratrabe para reducir los volmenes de concreto en la placa de la zapata de cimentacin. Al hacer estasmodificaciones, no se afecta en nada la distribucin de las cargas sobre la zapata.

ZAPATA COMBINADA INTERMEDIACuando se presenta una capacidad de carga del terreno muy baja y la distancia entre los ejes de las columnas es pequea, resultan zapatas aisladas muy grandes y muy juntas, por lo que es preferible utilizar una zapata combinada intermedia.

Zapatas aisladas en donde se indican las distancias entre columnas y zapatas

4. LOSAS DE CIMENTACINTambin llamadas placas de cimentacin, es un tipo de cimentacin superficial, estn clasificadas dentro de las zapatas combinadas, son elementos cuyas dimensiones en planta son muy grandes comparadas con su espesor y que, en general, definen un plano sobre el que apoyan los pilares o muros de un edificio.Se emplean cuando la capacidad de carga del suelo es muy baja y las zapatas aisladas resultan demasiado grandes y juntas para ser una opcin viable (grandes silos, depsitos elevados, etc.), cuando la cimentacin se encuentra por debajo del nivel fretico, cuando la resistencia del terreno es baja, cuando las estructuras son poco deformables con objeto de disminuir los asientos diferenciales en terrenos poco homogneos, etc.

Las losas de cimentacin se proyectan como losas de concreto planas y sin nervaduras. Las cargas que obran hacia abajo sobre la losa son las de las columnas individuales o las de los muros.

Si no hay una distribucin 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 cimentacin, o bien usando marcos rgidos o haciendo celdas con trabes y contra trabes, es entonces cuando se forman los llamados cajones de cimentacin.

CLASIFICACIN DE LAS LOSAS DE CIMENTACIN

Dentro de esta se encuentra una gran variedad, pero usualmente se emplean las siguientes:

Losa de cimentacin con espesor uniforme: Se caracteriza por slo tener los refuerzos de acero y el espesor determinado por los clculos sin ningn tipo de alteracin.

Losa de cimentacin aligerada: Este tipo de losa se caracteriza por disminuir el volumen de concreto a utilizar, debido a que slo se emplea el espesor determinado en las secciones crticas determinadas en el diseo; el resto se disminuir hasta donde permita el esfuerzo cortante involucrado en el diseo.

Losa de cimentacin nervurada: A diferencia de la losa aligerada aqu slo se emplean vigas, las cuales corren sobre los ejes eje X e Y generando as cajones entre columnas. Con esta forma se disminuye mucho ms el volumen de concreto a utilizar como se ve.

ANLISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIN1. CARGAS A UTILIZARPara la elaboracin de las conclusiones del Estudio de Mecnica de Suelos, y en caso de contar con la informacin de las cargas de la edificacin, se debern considerar: a) Para el clculo del factor de seguridad de cimentaciones: se utilizarn como cargas aplicadas a la cimentacin, las Cargas de Servicio que se utilizan para el diseo estructural de las columnas del nivel ms bajo de la edificacin. b) Para el clculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos granulares y cohesivos: se considerar la Carga obtenida de acuerdo a la Norma Tcnica de Edificacin E .020 Cargas.c) Para el clculo de asentamientos, en el caso de edificaciones con stanos en las cuales se emplee plateas o losas de cimentacin, se podr descontar de la carga total de la estructura (carga muerta ms sobrecarga ms el peso de losa de cimentacin) el peso del suelo excavado para la construccin de los stanos.

2. ASENTAMIENTO TOLERABLEEn todo Estudio de Mecnica de Suelos se deber indicar el asentamiento tolerable que se ha considerado para la edificacin o estructura motivo del estudio. El Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsin angular mayor que la indicada en la Tabla. En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar como el 75% del asentamiento total.

DISTORSIN ANGULAR =

= /LDESCRIPCIN

1/150Lmite en el que se debe esperar dao estructural en edificios convencionales.

1/250Lmite en que la prdida de verticalidad de edificios altos y rgidos puede ser visible.

1/300Lmite en que se debe esperar dificultades con puentes gras.

1/300Lmite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes.

1/500Lmite seguro para edificios en los que no se permiten grietas.

1/500Lmite para cimentaciones rgidas circulares o para anillos de cimentacin de estructuras rgidas, altas y esbeltas.

1/650Lmite para edificios rgidos de concreto cimentados sobre un solado con espesor aproximado de 1,20 m.

1/750Lmite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a asentamientos.

3. CAPACIDAD DE CARGALa capacidad de carga es la presin ltima o de falla por corte del suelo y se determina utilizando las frmulas aceptadas por la mecnica de suelos. En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-arcillosa), se debe emplear un ngulo de friccin interna () igual a cero. En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-arenosas), se debe emplear una cohesin (c) igual a cero.Cuando una fundacin produce carga al subsuelo se producen asentamientos y, si la carga se incrementa lo suficiente, se forman en el suelo superficies de deslizamiento, a lo largo de las cuales se sobrepasa la resistencia al esfuerzo cortante y finalmente se produce un colapso o falla por capacidad de carga.Tipos de falla por capacidad de carga: - Falla general por corte. (Terzagui, 1943) - Falla local por corte. (Terzagui, 1943; De Beer y Vesic, 1958) - Falla por corte punzonado. (De Beer y Vesic, 1958; Vesic, 1963)A.- Falla general por corte. - Patrn de falla bien definido. (cua de suelo y dos superficies de deslizamiento) - La superficie del terreno a la zapata se levanta y puede rotar (inclinndose) - La falla es violenta y catastrfica.- Generalmente ocurre en suelos incompresibles (suelos granulares densos y cohesivos de consistencia dura a rgida)

B.- Falla local por corte. - Patrn de falla slo est bien definido debajo de la zapata. - Tendencia visible al levantamiento del terreno alrededor de la zapata. - No se producir un colapso catastrfico de la zapata ni una rotacin de la misma. - Constituye un modo transicional entre falla general y falla por punzonado.

C.- Falla por punzonado. - Patrn de falla en este caso no es fcil de observar ( a medida que se incrementa la carga, se comprime el suelo inmediatamente debajo de la zapata produciendo desplazamiento vertical.- El suelo fuera del rea permanece prcticamente inalterado y no se produce rotacin. - La fundacin se asientan mediante pequeos movimientos verticales repentinos. - Se produce en arenas muy sueltas o en suelos cohesivos blandos o muy blandos.

Teora De La Capacidad De Carga De Terzagui:Una cimentacin es superficial si la profundidad Df es menor o igual al ancho de la misma.. ZONA I: Zona triangular inmediatamente debajo de la cimentacin (zona que se acua, con estado de equilibrio elstico) ZONA II: Zona de cortante radial (zona rotatoria), en las que las curvas DE y DE son arcos de una espiral logartmica (estado plstico de Prandtl) ZONA III: Zonas de pasiva de Rankine triangulares.

qu = Capacidad ltima de carga. C = cohesin. = peso unitario del suelo. q = .Df = presin efectiva a la cota de fundacin. Nc, Nq, N = factores de capacidad de carga adimensionales, que son slo funcin de (ngulo de friccin interna).Factores que afectan la capacidad de carga: 1. La profundidad de la cimentacin.2. El nivel fretico. 3. ngulo de friccin interna 4. Estratificacin del suelo.4. FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A FALLA POR CORTELos factores de seguridad mnimos que debern tener las cimentaciones son los siguientes: a) Para cargas estticas: 3,0 b) Para solicitacin mxima de sismo o viento (la que sea ms desfavorable): 2,5

5. PRESIN ADMISIBLELa determinacin de la Presin Admisible, se efectuar tomando en cuenta los siguientes factores:a) Profundidad de cimentacin. b) Dimensin de los elementos de la cimentacin. c) Caractersticas fsico mecnicas de los suelos ubicados dentro de la zona activa de la cimentacin. d) Ubicacin del Nivel Fretico, considerando su probable variacin durante la vida til de la estructura. e) Probable modificacin de las caractersticas fsico mecnicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. f) Asentamiento tolerable de la estructura. La presin admisible ser la menor de la que se obtenga mediante: a) La aplicacin de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. b) La presin que cause el asentamiento admisible.

CONCLUSIONES

Las cimentaciones son elementos de una estructuras que pasan a conforma una parte esencial de la misma debido a que ellas van a permitir la comunicacin de la cargas de la estructuras hacia el terreno.

La cimentacin viene a conforma las bases de la estructura y de ah que el comportamiento de edificacin u obra civil va estar forzado a como esta trabaje y se comporte.

Esta forzada a cumplir con ciertos parmetros geomtricos, de las cargas de la estructuras, etc. Cumple con una metodologa de diseo que evala desde la forma hasta la profundidad que esta va comprender, as como tambin las caractersticas naturales del suelo.

BIBLIOGRAFAhttp://www.construmatica.com/construpedia/Zapatas_Combinadashttp://teoriadeconstruccion.net/blog/zapatas-combinadas-y-corridas/http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/canales_g_aa/capitulo7.pdfhttp://www.uned.es/dpto-icf/mecanica_del_suelo_y_cimentaciones/images/ecansueloycimentacionescap _4.pdfhttp://www.docentes.unal.edu.co/lgarza/docs/DYCC_5.pdfhttp://teoriadeconstruccion.files.wordpress.com/2010/08/cte-parte-2-db-se-c-26-b.jpghttp://jorgeconstruccion.jimdo.com/1-3-1-zapatas-aisladas-y-corridas/http://www.construmatica.com/construpedia/Zapatas_Aisladas