Curso de Cimentaciones

2015

Curso de cimentaciones

Maestro:

I

ng.

Ricardo

Odiln

Zamorano

Romero

16

-

6

-

2015

CURSO DE DISEO DE CIMENTACION

INDICE

UNIDAD I.- Introduccin......2

1.1. Objetivo de una cimentacin .......2

1.2. Tipos de cimentacin.2

1.3. Interaccin suelo-estructura...5

1.3.1. Introduccin....5

1.3.2. Clasificacin de suelos.....5

1.3.3. Distribucin de esfuerzos en suelos.5

1.3.4. Comportamiento del suelo bajo cargas....5

1.3.5. Tipos de fallas bajo una cimentacin (hiptesis de falla)...5

1.3.6. Mdulo de reaccin del suelo (k)5

1.3.7. Asentamientos tipos...5

1.4. Cargas.......6

UNIDAD II.- Zapatas corridas..8 2.1. Diseo de una zapata corrida central.......8

2.2. Ejemplo de una zapata corrida central.....10

2.3. Ejemplo de zapata corrida de lindero..15

2.4. Diseo de una zapata corrida excntrica...16

2.5. Ejemplo de una zapata corrida excntrica..21

2.6. Tarea #3: Calcular la siguiente zapata corrida excntrica..25 UNIDAD III.- Zapatas aisladas

3.1 Diseo de zapata aislada cuadrada bajo carga axial.....29

3.2. Ejemplo 1: Diseo de zapata aislada cuadrada bajo carga axial..33

3.3. Diseo de zapata aislada cuadrada cargada excntricamente....35 3.4.- Ejemplo: Diseo de zapata aislada central cuadrada cargada axialmente con 2 fuerzas en 2 sentidos......................................................38

3.5.-PROBLEMA #1: Zapatas rectangular central.......41

3.6.-PROBLEMA #2 : Zapatas cuadrada y en borde44

UNIDAD IV.- Losas de cimentacin

4.1 Introduccin.....46

4.2. Diseo de losa de cimentacin..46

4.3. Ejemplo: Diseo de losa de cimentacin...48

Tarea #1: investigacin sobre la unidad I

1.1. INTRODUCCION

Se le denomina cimentacin al conjunto de elementos estructurales cuyas misin es transmitir las cargas de la edificacin o elementos apoyados a este suelo distribuyndolas de forma que no superen su presin admisible ni produzcan cargas zonales, debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportara, el rea de contacto entre el suelo y la cimentacin ser proporcionalmente, ms grande que los elementos soportados. Hay que prestar especial atencin ya que la estabilidad de la construccin depende en gran medida del tipo de terreno.

Siempre que sean posible, se preferir que los cimientos estn solicitados por cargas centradas, ya que las excntricas pueden provocar empujes diferenciales. Se buscara siempre que el provocar empujes diferenciales l se buscara siempre que el terreno de apoyo sea resistente, y si eso no fuese posible, habr que buscar soluciones alternativas.

En muchos casos, los cimientos no solo transmiten compresiones, sino que mediante esfuerzos de razonamiento y adherencia llegan a soportar cargas horizontales y traccin, anclando el edificio al terreno, si fuese necesario. Las funciones principales, los cimientos han de cumplir otros propsitos:

Ser suficientemente resistentes para no romper por cortante

Soportar esfuerzos de flexin que produce el terreno, para lo cual se dispondrn armaduras en s cara inferior, que absorbern las tracciones

Acomodarse a posibles movimientos del terreno

Soportar las agresiones del terreno y del agua y su presin

1.2. TIPOS DE CIMENTACION

Hay dos tipos fundamentales de cimentacin: directas y profundas.

Cimentaciones superficiales o directas

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener esta suficiente capacidad portante y por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativa livianas. En este tipo de cimentacin. La carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.

En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se produzcan deteriores. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:

Cimentaciones ciclpeas

Zapatas

-Zapatas aisladas -zapatas corridas

-zapatas combinadas

Losas de cimentaciones

Cimentaciones ciclpeas

Terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con parmetros verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclpeo (hormign) es sencillo y econmico. El procedimiento para su construccin consiste en ir vaciado dentro de la zanja piedras de diferentes tamaos al tiempo se vierte la mezcla de concreto en porcin 1:3:5, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas .

El hormign ciclpeo se realiza aadiendo piedras ms o menos grandes a medida que se va hormigonado para economizar material. La tcnica del hormign ciclpeo consiste en lanzar las piedras desde un punto alto de la zanja sobre el hormign en masa, que se depositara en el cimiento. Precauciones:

Tratar que las piedras no estn en contacto con la pared de la zanja

Que las piedras no queden amontonadas

Alternar en capas el hormign y las piedras

Cada piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormign

Zapatas aisladas

Son un tipo de cimentacin superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que la zapata amplia la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga se le transmite. el termino zapata aislada se debe a que se usa para asentar nico pilar, de ah el nombre de aislada, aunque en algunas estructuras es considerable poner una junta cada 30 m aproximadamente.

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 fuerzas que descansan sobre sus suelos, estas dos ltimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento. El clculo de la presin de hundimiento. Para excentricidades pequeas (e = Mmax / Nx donde Nx es la carga vertical sobre el terreno y Mmax es el numero flector mximo pueden usarse las siguientes formulas.

+

(

1

+

)

1

6

P

+

4

3

(

1

2

)

1

6

8124

7560

3225.6 kg

25533.6

6

6.5(4.5)(600)+604(11) =>2402.8

6.5(4.5)(850)+6652.8 =>31515.3

0

3225.6 kg

58943.7

2. ZAPATAS CORRIDAS

Son cimentaciones de gran longitud en comparacin como su seccin transversal. Las zapatas corridas estn indicadas como cimentaciones de un elemento estructural longitudinalmente continuo, como un muro, en el pretendemos los asientos en el terreno.

2.1. Diseo de una zapata corrida central

Procedimiento de clculo:

DATOS:

qadm = Capacidad de carga del suelo

qact = Carga actuante sobre la cimentacin

m = Ancho del muro

Fc y Fy

1.-Calculo del ancho B

qu = Carga ultima considerando el peso propio del suelo

P.Po = Se considera entre el 2% y el 5% del qu.

2.-Revision del peralte por cortante

*Se propone un peralte h, mnimo de 15 cm (6.4.5.NTC)

*Recubrimiento mnimo 4 cm. Tabla 4.5 (seccin 4.9 NTC)

d = h - r

*Siempre y cuando se cumplan los requisitos de 5.1 (NTC)

Centrales

Lindero

3.-Refuerzo por flexin

Momento Flexionante

ndice de refuerzo

Mu= En kg*cm

Fr = 0.9

Fc = 0.85 f*c

Porcentaje de acero

(2.2.2.4 NTC)

=

0

.

7

rea de acero

=

Separacin de varillas

Longitud de desarrollo

Donde:

as = rea transversal de la varilla

db = dimetro de la varilla

c = Recubrimiento + 0.5 ab

Ktr = 0

Tabla 5.1, N.T.C

2.2. Ejemplo de zapata corrida central

1.-Un muro de block soporta una carga axial de 6.20 ton/m. el muro tiene 15 cm de ancho, se desea disear una zapata corrida central que soporte dicha carga. La carga admisible del suelo es de 8 ton/m2. El concreto a utilizar tendr una resistencia de fc= 250 kg/cm2 y el acero de Fy= 4200 kg/cm2.

1.- Ancho de la cimentacin

B= 1.20 m

2.- Revisin por cortante

Proponemos h=15 cm; r= 5 cm

= 0.5 (120) (10) 200

VCR= 6788.22 kg

Vu = 3.16 ton = 3160 kg

VCR > Vu

Por lo tanto se acepta el peralte

3.- Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Porcentaje de acero > mn.

Por lo tanto se usar mn.

rea de acero

= = 0.0026 120 10 = 3.12 2


Separacin mxima

= 3.5 () = 3.5 (15) = 52.5 50

Acero longitudinal

AsL= 0.003(100) (10)= 3 cm2

#3 = 3/0.71 = 4 .22 varillas

Por lo tanto se usarn 5 varillas del #3 Longitud de desarrollo

= 11.43 27.75

Ldb=21.75 cm

Ld = (0.8) (27.75) = 22.20 30 cm

Ld= 30 cm

Ld sum Ld

Diagrama:

Tarea 1.- Tabla de ganchos, traslapes y longitud de desarrollo, para concreto menor de fc=350 kg/cm2

fc=100kg/cm2

f'c=150 kg/cm2

f'c=200 kg/cm2

f'c=250 kg/cm2

#varilla

Dimetro cm

rea (cm2)

Ganc

ho

Traslape

2.5

0.79

0.495

5.53

4.52

3.91

3.50

28.44

3

0.95

0.713

6.65

5.43

4.70

4.21

34.20

4

1.27

1.267

8.89

7.26

6.29

5.62

45.72

5

1.59

1.979

11.13

9.09

7.87

7.04

57.24

6

1.91

2.85

13.37

10.92

9.45

8.46

68.76

7

2.22

3.879

15.54

12.69

10.99

9.83

79.92

8

2.54

5.067

17.78

14.52

12.57

11.25

91.44

9

2.86

6.213

20.02

16.35

14.16

12.66

102.96

10

3.18

7.917

22.26

18.18

15.74

14.08

114.48

11

3.49

9.58

24.43

19.95

17.27

15.45

125.64

12

3.81

11.401

26.67

21.78

18.86

16.87

137.16

LONGITUD DE DESARROLLO PARA CONCRETO f'c=200 kg/cm2

r=

4

#varilla

ldb

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ld real

2.50

11.15

25.81

25.81

20.65

30.00

3.00

15.77

31.03

31.03

24.83

30.00

4.00

27.06

41.49

41.49

33.19

33.19

5.00

40.86

51.94

51.94

41.55

41.55

6.00

56.94

62.40

62.40

49.92

49.92

7.00

75.15

72.52

75.15

60.12

60.12

8.00

95.18

82.98

95.18

76.15

76.15

9.00

113.27

93.43

113.27

90.62

90.62

10.00

140.20

103.89

140.20

112.16

112.16

11.00

165.08

114.01

165.08

132.06

132.06

12.00

191.13

124.47

191.13

152.91

152.91

r=

5

#varilla

ldb

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ldreal

2.50

9.08

25.81

25.81

20.65

30.00

3.00

12.89

31.03

31.03

24.83

30.00

4.00

22.26

41.49

41.49

33.19

33.19

5.00

33.81

51.94

51.94

41.55

41.55

6.00

47.38

62.40

62.40

49.92

49.92

7.00

62.85

72.52

72.52

58.02

58.02

8.00

80.00

82.98

82.98

66.38

66.38

9.00

95.65

93.43

95.65

76.52

76.52

10.00

118.93

103.89

118.93

95.14

95.14

11.00

140.60

114.01

140.60

112.48

112.48

12.00

163.45

124.47

163.45

130.76

130.76


r=

4

#varilla

ldb

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ldreal

2.50

9.97

23.08

23.08

18.47

30.00

3.00

14.11

27.76

27.76

22.21

30.00

4.00

24.20

37.11

37.11

29.69

30.00

5.00

36.54

46.46

46.46

37.17

37.17

6.00

50.93

55.81

55.81

44.65

44.65

7.00

67.21

64.87

67.21

53.77

53.77

8.00

85.13

74.22

85.13

68.11

68.11

9.00

101.31

83.57

101.31

81.05

81.05

10.00

125.40

92.92

125.40

100.32

100.32

11.00

147.65

101.98

147.65

118.12

118.12

12.00

170.95

111.33

170.95

136.76

136.76

r=

5

#varilla

l

db

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ldreal

2.50

8.12

23.08

23.08

18.47

30.00

3.00

11.53

27.76

27.76

22.21

30.00

4.00

19.91

37.11

37.11

29.69

30.00

5.00

30.24

46.46

46.46

37.17

37.17

6.00

42.38

55.81

55.81

44.65

44.65

7.00

56.21

64.87

64.87

51.89

51.89

8.00

71.56

74.22

74.22

59.37

59.37

9.00

85.56

83.57

85.56

68.44

68.44

10.00

106.37

92.92

106.37

85.10

85.10

11.00

125.76

101.98

125.76

100.61

100.61

12.00

146.20

111.33

146.20

116.96

116.96


r=

4

#varilla

ldb

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ldreal

2.50

9.10

21.07

21.07

16.86

30.00

3.00

12.88

25.34

25.34

20.27

30.00

4.00

22.10

33.88

33.88

27.10

30.00

5.00

33.36

42.41

42.41

33.93

33.93

6.00

46.49

50.95

50.95

40.76

40.76

7.00

61.36

59.22

61.36

49.09

49.09

8.00

77.72

67.75

77.72

62.17

62.17

9.00

92.48

76.29

92.48

73.99

73.99

10.00

114.48

84.82

114.48

91.58

91.58

11.00

134.79

93.09

134.79

107.83

107.83

12.00

156.06

101.63

156.06

124.85

124.85

r=

5

#varilla

ldb

Ldb (cm)

Ld(cm)

Ldreal

2.50

7.42

21.07

21.07

16.86

30.00

3.00

10.53

25.34

25.34

20.27

30.00

4.00

18.17

33.88

33.88

27.10

30.00

5.00

27.60

42.41

42.41

33.93

33.93

6.00

38.68

50.95

50.95

40.76

40.76

7.00

51.32

59.22

59.22

47.37

47.37

8.00

65.32

67.75

67.75

54.20

54.20

9.00

78.10

76.29

78.10

62.48

62.48

10.00

97.11

84.82

97.11

77.68

77.68

11.00

114.80

93.09

114.80

91.84

91.84

12.00

133.46

101.63

133.46

106.77

106.77

2.3. Ejemplo de zapata corrida de lindero

2.- Se pide calcular para el muro anterior una zapata de lindero, considerando el 6% del P.Po.

1.- Ancho de la cimentacin

B= 1.15 m

2.- Revisin por cortante

Proponemos h=15 cm; r= 4 cm

= 0.5 (115) (11) 200

VCR= 7156 kg

Vu= 7.12 ton = 7120 kg

VCR > Vu

Por lo tanto se acepta el peralte

3.- Diseo por flexin

= = 1.15 0.15 = 1

ndice de refuerzo

Porcentaje de acero > min

Por lo tanto se usar calculado

rea de acero

= = 0.0085 115 11 = 10.75 2


Acero longitudinal

AsL = 0.003(100) (11)= 3.3 cm2

#3 = 3.3/0.71 = 4.64

Por lo tanto se usarn 5 varillas del #3


= 36.6 46.16

Ldb=46.16 cm Rige

Ld = (0.8) (46.16) = 36.90 30 cm

Ld = 36.90 cm

Ld sum = (115-15-4) = 96 cm

Ld sum Ld

Diagrama:

2.4.-Diseo de una zapata corrida excntrica


DATOS:


qact = Carga actuante sobre la cimentacin

D.f = Profundidad de desplante

m = Ancho del muro

fc y Fy

= peso volumtrico del suelo


qu = Carga ultima considerando el peso propio de la cimentacin 1 = ( + . ) 1.4 P.po = se considera entre el 2% y el 6% del qu.

Se propone H y r

2.-Calculo de excentricidad

=

=

(

2

2

)

Calculando pesos

1 = 1 1

2 = 2 1

3 = 3 1

= 1

Calculando momentos con respecto al punto A

M1 = P1 * d1

M2 = P2 * d2

M3 = P3 * d3

3.-Calculo de las presiones de contacto

M=p * e

=

=

2

6

=

.

=

(

1

)

4.-Revision por cortante

=

0

.

5

=

[

(

1

+

)

(

2

2

)

]

1

.

4

5.-Calculo del momento

6.-Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Mu = En kg*cm

Fr=0.9

Fc= 0.85f*c

Porcentaje de acero

(2.2.2.4 NTC)

=

0

.

7

rea de acero

=


Acero longitudinal


Rige el mayor

Ld = (0.8) (Ldb) 30 cm

Ld sum Ld

2.5.-Ejemplo de una zapata corrida excntrica

Procedimiento de clculo: DATOS:

qadm = 11 ton/m2

qact = 5.2 ton/m

D.f =1.20 m

M = 15 cm

fc = 250 kg/cm2

Fy = 4200 kg/cm2

= 1700 kg/m3



Se propone: H=15 cm; r=5 cm

Calculando pesos

1 = 0.30 (1.05) (1700) (1) = 535.5

2 = 0.45 (1.05) (17009) (1) = 803.25

3 = 0.9 (0.15) (2400) (1) = 324

= 5200 (1) = 5200

= .



M = 6862.75 (0.02) = 137.25

=

=

6862

.

75

(

0

.

9

)

(

1

)

137

.

25

[

0

.

9

(

1

.

2

2

)

6

]

=

8260

.

69

2

30

Ld sum Ld

Diagrama:

2.5.-Tarea #3: Calcular la siguiente zapata corrida excntrica

Procedimiento de clculo: DATOS:

qadm = 10 ton/m2

qact = 4.1 ton/m

D.f = 0.8 m

m =20 cm fc = 200 kg/cm2

Fy = 4200 kg/cm2

= 1700 kg/m3

r = 5cm

1.-Diagrama


Se propone: h=15 cm; r=5 cm

Calculando pesos

1 = 0.20 (0.75) (1700) (1) = 255

2 = 0.8 (0.75) (1700) (1) = 1020

3 = 1.2 (0.15) (2400) (1) = 432

= 4100 (1) = 4100

=



M= 5807(0.1)= 580.7 kg*m

=

=

5807

(

1

.

2

)

(

1

)

580

.

7

[

1

.

2

(

0

.

9

2

)

6

]

=

8423

.

73

2

30

Ld sum Ld

Diagrama:

3. ZAPATAS AISLADAS 3.1 Diseo de zapata aislada cuadrada bajo carga axial


DATOS:


qact= Carga actuante sobre la cimentacin

C=Lado de la columna

fc y Fy

1.-Dimensiones

2

=

=

(

+

.

)

.

.

=

>

2

%

%

6

1

=

.

2

1

2.-Revison por cortante (falla por punzonamiento o penetracin)

=

1

[

2

(

+

)

2

]

=

4

(

+

)

*Esfuerzo cortante

se propone h y r min r =4 cm a 5 cm

*Esfuerzo cortante que resiste el concreto

3.-Calculo del momento flexionante

4.-Diseo por flexin

= (1 0.57)

=

ndice de refuerzo

Mu= en kg.cm Fr=0.9 fc= 0.85f*c

Porcentaje de acero

(2.2.2.4 NTC)

=

0

.

7

rea de acero

=


Acero longitudinal

7.-Longitud de desarrollo

Rige el mayor

Ld=(0.8)(Lbd) 30 cm

Ldsum Ld

Diagrama:

3.2.-Ejemplo 1: Diseo de zapata aislada cuadrada bajo carga axial

Una columna de concreto de 50x50 cm descarga sobre el terreno una carga de servicio de 10.5 ton. Se pide disear una zapata aislada central que sirva de transicin fc=250 kg/cm2 y un Fy=4200 kg/cm2. Se sabe segn el estudio de mecnica de suelos de la capacidad de carga admisible para tal disposicin de zapata es de qadm=22 ton/m2.

1.-Dimensiones

2

=

=

=

2

.

66

2

.

70

=

(

+

.

)

.

=

(

10

.

5

1

.

06

)

1

.

4

=

15

.

58

1

=

.

2

=

10

.

5

1

.

4

2

.

7

2

=

20

.

16

/

2

1

2.-Revison por cortante (falla por punzonamiento o penetracin)

Proponemos h=35 cm ; r= 5 cm

Rige

)

=

=

0

.

8

200

=

11

.

31

/

2

*Esfuerzo cortante

se propone h=40 cm ; d=35 cm

Recalculando Vu

3.-Calculo del momento flexionante

4.-Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Porcentaje de acero

rea de acero



Ld=37 cm

Ldsum Ld

Diagrama:

3.3.- Diseo de zapata aislada cuadrada cargada excntricamente


DATOS:


qact= Carga actuante sobre la cimentacin

C=Lado de la columna

fc y Fy

1.-Dimensionamiento

2.-Presion de contacto

=

=

(

2

)

(

2

)

1

3.-Revision por punzonamiento (revisar como losa) penetracin

= 4( + )

Se propone H y r ; d=h-r

VCr

Vu no debe ser mayor que:

4.-Revison por cortante (revisin como viga)

Vcr

=

[

2

]

(

2

)

=

.

.

0

.

5

=

5.-Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Mu= en kg.cm Fr=0.9 fc= 0.85f*c

Porcentaje de acero

(2.2.2.4 NTC)

=

0

.

7

rea de acero

=


Acero longitudinal

Nota: Revisar NTC concreto Pag.27 C-2 , Fig.2.2.

3.4.- Ejemplo: Diseo de zapata aislada central cuadrada cargada axialmente con 2 fuerzas en 2 sentidos.

Disear una zapata aislada central que est sujeta a las siguientes cargas:

Datos:

P=90 ton

Mx=18 ton.m

My= 8 ton.m

La capacidad de carga del suelo es de 20 ton/m2 y la columna que descarga sobre la zapata es de

45x45 cm, se puede disear para concreto fc=250 kg/cm2 y acero Fy=4200 kg/cm2

1.-Dimensionamiento

Proponemos A= 2.5 m

= = 3


=

=

(

2

)

(

2

)

=

133

.

56

(

3

2

(

0

.

28

)

)

(

3

2

(

0

.

12

)

)

=

19

.

83

/

2

1


Se propone H=50 cm , r=5 cm , d=45 cm

No tiene que ser ms grande que:


Vcr

5.-Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Porcentaje de acero

rea de acero

= = 0.0026(300)(45) = 35.1 2


:. Se usara var#5 @ 15 cm

Tarea:

3.5.-PROBLEMA #1: Zapatas rectangular central

1.-Modificar la zapata anterior rectangular, A=2.5 m. B=3.5 m

2.-Modificar la zapata cuadrada, calculando la zapata de borde P=90 ton

Mx=18 ton.m

My=8 ton.m

A=2.5 m

Qadm=20 ton/m2

Fc=250kg/cm2;Fy=4200kg/cm2

B=3.5 m

1.-Dimensionamiento

= 133.56

= 0.28 = 0.12

Proponemos A= 2.5 m

= 3.5

= 2.6


=

=

(

2

)

(

2

)

=

133

.

56

(

2

.

5

2

(

0

.

12

)

)

(

3

.

5

2

(

0

.

28

)

)

=

13

.

94

/

2

1


Proponemos; h=50 cm , r=5 cm, d=45 cm

Se propone H=50 cm , r=5 cm , d=45 cm

No tiene que ser ms grande que:


Vcr

5.-Diseo por flexin

ndice de refuerzo

Porcentaje de acero

rea de acero

= = 0.0026(350)(45) = 40.95 2


3.6.-PROBLEMA #2 : Zapatas cuadrada y en borde

1.-Dimensionamiento

P=20 ton

Mx=18 ton.m

My=8 ton.m C=45x45 cm qadm=20 ton/m2

Fc=250kg/cm2; Fy=4200kg/cm2

= 133.56

= 0.28 = 0.12

A= 3 m

= 3


=

19

.

83

2

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