Estudios realizados en el terreno Ensayo SPT

INGENIERIA DE FUNDACIONES UNIDAD I INTRODUCCIÓN Concepto de capacidad de soporte. La infraestructura o sistema de fundaciones y suelo de fundación. Clasificación de las fundaciones. Fundaciones Directas o indirectas. Forma de transferir la carga. Tipos de fundaciones Directas o Indirectas. Problemas. FUNDACIONES Las fundaciones son sistemas compuestos por elementos distintos como lo son, el suelo de fundación, el cual tiene una resistencia o capacidad de soporte y la fundación en sí, conformada por otro material (Madera – Concreto – Acero), que se encarga de transmitir los esfuerzos al primero. El suelo no resiste tracciones, pero es capaz de soportar limitadas compresiones y esfuerzos cortantes. Importancia de las Fundaciones La condición fundamental para que un espacio sea arquitectónico es que debe estar construido: SI NO ESTÁ CONSTRUIDO NO ES UN EDIFICIO Construir es levantar una forma con materiales pesados, "edificar" o sea fijarla a la tierra. La construcción requiere muchos materiales y de muy diversos tipos, El peso de todos estos materiales debe descargarse en tierra en forma estable y permanente. Los cimientos o fundaciones son la parte de la estructura que transmiten las cargas al terreno. Ellas son las encargadas de unir la estructura con el suelo, de recibir las cargas y distribuirlas de manera tal que el terreno sea capaz de soportarlas, de ahí la importancia de estos elementos estructurales. EL ESTUDIO DE SUELOS La elección del sistema de fundación depende de las condiciones particulares del suelo y de las características de la estructura a fundar. Para poder elegir correctamente el tipo de fundación adecuada para un edificio hay que realizar previamente un estudio del suelo donde éste será levantado. El Estudio de suelos lo realiza un profesional especializado en este tipo de ensayos y consta de trabajos de campo en el lugar, donde se extraen muestras y se determina la profundidad a la que se debe fundar, y ensayos posteriores de laboratorio donde se analizan las muestras obtenidas

ESTUDIOS DE LABORATORIO LIMITE PLÁSTICO CONTENIDO DE HUMEDAD ESTUDIO DE SUELOS INFORMACIÓN A SUMINISTRAR POR EL PROYECTISTA Para poder realizar un estudio de suelos debemos darle al profesional encargado de hacerlo la siguiente información • Tipo de estructura a construir, numero de plantas, si existen subsuelos y su destino • Cargas aproximadas que el suelo recibirá a través de las zapatas. • Espaciamiento entre las columnas • Ubicación de la construcción en el predio El ensayista lleva a cabo los trabajos y nos entrega un informe que debe contener los siguientes datos • Descripción del Trabajo de campo • Ubicación de los ensayos • Resultados del Ensayo de Penetración • Informe sobre Ensayos de Laboratorio • Clasificación y Descripción de los suelos • Informe sobre el nivel de Agua • Recomendación sobre fundaciones a adoptar. • Datos adicionales, agresividad Además de un plano del terreno donde se llevaron a cabo las perforaciones y la planilla del ensayo PLANO DE UBICACIÓN DE LAS PERFORACIONES

P1

P2

TAMIZADO

INFORME DE FUNDACIONES Toda investigación de fundaciones debe presentarse en un informe que contenga las siguientes partes principales:

Objeto y Situación: Describir someramente la estructura proyectada, con sus deimensiones y cargas típicas, mencionando la situación del proyecto acompañado de un plano de situación del terreno y de la ubicación de la estructura sobre este.

Describir el trabajo efectuado, con la situación de los puntos explorados, métodos utilizados en la exploración, incidencia del trabajo que puedan tener influencia en los resultados, columnas de las perforaciones con espesor y descripción precisa de los materiales encontrados y resultados de todas las pruebas y ensayos efctuados, indicando la profundidad observada del Nivel del Agua Freática.

Describir las condiciones generales del suvsuelo a la luz de la exploración efectuada e interpretar los resultados desde el punto de vista de la estructura proyectada, con las conclusiones necesarias para el establecimiento de criterios de fundación.

Recomendar específicamente el sistema qu se debe emplear para el diseño de la fundación, dando tipo y características de las fundacines, profundidad recomendada, carga unitaria a usar. En caso que se recomienden pilotes, definir el tipo, estimar el diámtero, la carga de trabajo y la longitud recomendada, con la penetración mínima requerida y cota de la punta.

En la formulación de sus conclusiones y recomendaciones, l ingeniero geólogo en fundaciones, debe atenerse a los hechos, sin llevar ideas preconcebidas, tratando de adoptar una actitud comoletamente objetiva y no tratar de adaptr la evidencia a la idea, sino todo lo contrario. PLANILLA DE ESTUDIO DE SUELOS

Sondeo Nº : 1 NIVEL FREÁTICO : Profundidad = 3,10 m

Mue

stra

Nº

Pro

fund

idad

(m)

Cot

a (m

)

Descripción tacto-visual

Clasific

ación

N

Pen

etra

ción

(cm

)

Cu

(kg/ c

m2)

u (º)

(tn/

m3 )

d (tn/

m3 )

1 0,00 Limo arenoso, castaño claro, con óxido de hierro

ML 7 30 0,65 5 1,60 1,45

2 0,50 Limo arenoso, castaño claro, con óxido de hierro

ML 6 30

3 1,00 Arena limosa, castaño grisáceo verdoso

SM 7 30

4 1,50 Arena limosa, castaño grisáceo verdoso, con lentes de arcilla

SM 5 30 0,45 3 1,72 1,44

5 2,00 Limo arenoso, castaño gris oscuro ML 2 30

6 2,50 Limo arenoso, castaño gris oscuro, con óxido de hierro

ML 4 30 0,40 1 1,81 1,35

7 3,00 Limo arenoso, castaño gris oscuro, con óxido de hierro

ML 11 30

8 3,50 Arena limosa, castaño rojizo SM 1 30 0,80 3 1,90 1,49

9 4,00 Arena limosa, castaño rojizo SM 12 30

10 5,00 Limo arenoso, gris oscuro ML 11 30 0,60 2 1,96 1,53

11 6,00 Limo arenoso, gris oscuro ML 10 30

12 7,00 Arcilla, gris, con láminas de arena CH 1 30 0,25 0 1,96 1,53

ENSAYO DE PENETRACIÓN

(N)

0 10 20 30 400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Humedad Natural

Límite Líquido

Límite Plástico

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tamiz Nº4Tamiz Nº10Tamiz Nº40Tamiz Nº100Tamiz Nº200

CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO Es el estado tensional límite que soporta el suelo, mas allá de la cual se produce la falla por corte del mismo (Qs (Max)) ENSAYO SPT (Standard Penetracios Test) Ensayo Normal de Penetración Desde el año 1927 Mohr propuso que la resistencia a la penetración del suelo estaba ligada a su compacidad (densidad), lo cual con el tiempo llegó a llamarse SPT, uasada aún hoy en día para adquirir una idea de la densidad, del angulo de fricción y de la capacidad de soporte. qf = Carga Unitaria de Falla γ = Peso unitario del suelo Df = Profundidad de la base del cimiento B = Ancho del cimiento Nq = Faxtor de Capacidad (Función de ø) Nγ = Factor de Capacidad (Función de ø) Nc = Factor de Capacidad (Función de ø) C = Cohesión del Suelo Ø = Angulo de fricción interna Capacidad Neta a la Falla: La capacidad a la falla dada por la formula anterior, es la carga maxima soportable por la arena a nivel de la base de la fundación. Esta carga vidntemente está formada por la crga misma de la zapata, mas l presión de la sobrecrga (γ . Df), por lo qu la carga neta de falla será. CRITERIOS DE DISEÑO

1. Seguridad contra la falla del suelo 2. Seguridad contra movimientos perjudiciales 3. Costo Razonable, compatible con la estabilidad.

Factores que afectan la Capacidad de Soporte

a) La retracción y expansión del suelo

qf = C . Nc + γ . Df Nq + ½ γ . B . Nγ

Qs max = (qf – γ .Df) = C . Nc + γ . Df (Nq – 1) + ½ γ . B . N γ

b) La proximidad del nivel freático c) Los defectos o fallas del subsuelo d) Heladas y deshielos e) La erosión y corrosión en el suelo f) Aplicación de cargas inclibadas o excentricas g) Proximidad de laderas h) Excesiva cercanía entre bases o en linderos i) Licuefacción del suelo debido al sismo.

Factor de seguridad a la falla: Si a la capacidad a la falla calculada anteriormente aplicamos un factor de seguridad razonable, habremos satisfecho el primer criterior, generalmente para fundaciones el factor de seguridad F.S., se encuentra entre (2,5 y 4), normalmente 3. Movimiento Perjudiciales: Entre estos se encuentran los desplazamientos diferenciales ocasionados por los asentamientos y los dsplazamientos latrales de muros en taludes. Como bien se determina en el análisis estructural, el asentamiento diferencial de los apoyos genera importantes esfuerzos internos, por lo que se hace necesario controlar esto asentamiento diferenciales, controlando los maximos asentamientos absoluto, ya que se ha logrado determinar experimentalmente que el asentamiento diferencial es (3/4) el asentamiento ansoluto. CLASIFICACION DE LAS FUNDACIONES Las fundaciones se clasifican en: • DIRECTAS

Son aquellas que se apoyan en todo el área de la base sobre el terreno (Suelo de fundación), en un estrato no mayor a 5 metros de profundidad. Tipos de Fundaciones Directas

• Fundaciones Aisladas • Fundaciones Continuas • Fundaciones Combinadas • Fundaciones Conectadas • Losas de Fundacion (Placas o Plateas)

• PROFUNDAS (INDIRECTAS)

Son aquellas que transmite las cargas de la superestructura hasta un estrato firme del subsuelo, con una mejor capacidad de soporte, a profundidades mayores de 5 metros.

Tipos de Fundaciones Profundas

• Pilotines (10 – 20) Centímetros de diámetro • Pilotes (20 – 80) “ “ • Pilas (80 – 220) “ “

Rs Adm = Qs max / F S

BASES SIMPLES Son aquellas que reciben la carga de una sola columna, pudiendo ser centradas o excéntricas. Base Centrada

Base Excéntrica

BASES CONTINUAS: Cuando dos bases contiguas se tocan se recurre a esta fundación que consiste en unificar las bases.

LOSAS (PLATEA) DE FUNDACIÓN Es una base para que soportar la carga de varias columnas en forma no lineal. Se las utiliza principalmente en terrenos poco resistentes, o cuando la carga del edificio es muy grande para la tensión admisible del terreno.

Se componen de losas y vigas generalmente invertidas para la transmisión de las cargas al terreno estas plateas deben tener gran rigidez lo que lleva a ser muy costosas por su espesor y alturas.

FUNDACIONES INDIRECTAS (PROFUNDAS) Cuando las cargas de la construcción llegan a la tierra a través de un elemento estructural adicional Cuando el terreno apto para fundar se encuentra a mucha profundidad, no resultan económicas las soluciones antes vistas, entonces es conveniente recurrir a el uso de pilotes, pilotines o pozos romanos PILOTINES Se utilizan para fundar a profundidades entre 2 a 4m. Pueden ser premoldeados o realizados “in situ”: se trata de columnas de diámetro entre 25 a 35 cm con armadura longitudinal. Se hallan unidos mediante una viga de encadenado que los vincula distribuyendo la carga que recibe de las paredes o tabiques. PILOTES Cuando el suelo donde debe fundarse una estructura alcanza su capacidad portante a profundidades muy grandes, mayores de 8 a 10m se utiliza la fundación sobre pilotes

Pueden ser premoldeados y luego hincados o realizados “in situ”

Secciones de pilotes premoldeados

Están unidos por un cabezal rígido de forma prismática sobre el cual se apoyan las columnas o tabiques. Este cabezal es el encargado de transmitir dichas cargas a los pilotes. CABEZALES DE PILOTE Los cabezales son considerados zapatas de fundación que s encuentran apoyados sobre pilotes, con la diferencia que no acepta ninguna contribución del suelo y su forma y tipo dependerá del número de pilotes que lo estén apoyando. El método utilizado para su cálculo se basa en la concepción del cabezal como un elemento rígido dando origen al método de las Bielas que se basa en los siguientes fundamentos:

El cabezal considerado es perfectamente rígido. La conexión ente el cabezal rígido y cada pilote se considera una articulación, es decir no hay

traspaso de momentos flectores de la columna al pilote. El pilote solo tiene capacidad de reaccionar en su propio eje. Las cargas de las columnas son transmitidas a los pilotes por medio de bielas trabajando a

compresión que van desde el centro de las columnas hasta el centro del pilote. Las bielas generan un equilibrio de fuerzas verticales entre las cargas que transmiten y la carga

que los pilotes reciben. Para su construcción los pilotes son vaciados a sobre medida (40 – 60) cm por lo que para la construcción del cabezal, es necesario proceder a lo que se conoce como descabezamiento de pilotes.

PILAS (POZOS ROMANOS) Son un tipo de fundación para terrenos que tienen poca capacidad portante en los estratos superiores pero que después a cierta profundidad tienen tensiones adecuadas. Se sitúan en todas las esquinas de la construcción y en todos los encuentros de muros y debajo de las cargas aisladas, se entrelazan entre si con vigas de hormigón armado encima de las cuales se construyen los muros. Consisten en la excavación de un pozo, en general de sección circular de un diámetro de aproximadamente (80 – 220) cm, llenos con hormigón. La excavación puede ser realizada con maquinarias o a mano DIMENSIONAMIENTO DE ZAPATAS DE FUNDACIÓN: Las fuerza externas y los momentos aplicados a las zapatas deben transmitirse al suelo que las soporta, sin sobrepasar las presiones admisibles del suelo (Rs adm). Al conocer los esfuerzos, se puede dimensionar esta, tal que las presiones sobre el suelo no sobrepase la Resistencia Admisible del suelo (Rs adm). Datos: Ps = Carga Axial de servicio (No Mayorada) Ms = Momento Flector de servicio (No Mayorado) Pu = Carga Axial última (Mayorada) Mu = Momento flector último (Mayorado)

UNIDAD II: TIPOS DE CARGA Y DISTRIBUCION SOBRE LAS ESTRUCTURAS: Cargas gravitacionales, sistemas para la distribución de las cargas Gravitacionales: Sistemas Resistentes en una dirección, Sistemas resistente en dos direcciones. Cargas Accidentales. Acciones Sísmicas. Sistemas resistentes a cargas sísmicas. Combinaciones de cargas establecidas por la Norma COVENIN 1753. Problemas. Las dimensiones de la fundación depende el esfuerzo unitario que esta produce sobre el suelo, por lo que debe tonarse en consideración las cargas de servicio (No Mayoradas), pero como elementos de concreto armado diseñadas de acuerdo a la norma 1753, sobre análisis y diseño por la teoría de rotura. La resistencia exigida para todo miembro de concreto reforzado, debe estar de acuerdo a lo establecido en el método de rotura (Norma COVENIN 1753), donde se requiere que la resistencia sea adecuada para que los elementos diseñados soporten las cargas mayoradas en las combinaciones estipuladas. En realidad no es el valor de las cargas las que se mayoran (Esto es válido solamente para cargas gravitacionales), sino que los esfuerzos son los que se mayoran, definiendo la envolvente de diseño, considerando que el sismo puede actuar en cualquier sentido por lo tanto tienen símbolo (±) Factores de Minoración de Resistencia Debe cumplirse que:

Condición ø Flexión sin carga axial 0.90 Tracción axial y flexotracción 0.90 Compresión Axial y Flexocompresión

Miembros zunchados 0.75 Miembros Estribados 0.70

Corte y Torsión 0.85 Aplastamiento del Concreto 0.70

Permanentes o muertas (CM) Gravitacionales Variables o vivas ( CV) Sismo (S) Accidentales Viento (W) Empujes (H) Fluidos (F) Efectos Secundarios (T)

U = 1.4 CM + 1.7 CV U = 0.75 (1.4 CM. + 1.7 CV) ± 1.0 S U = 0.9 CP ± 1.0 S U = 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV + 1.7 W) U = 01.9 CP + 1.3 W U = 1.4 CV + 1.7 CV + 1.7 H U = 0.9 CM. + 1.7 H U = 1.4 CM. + 1.7 CV + 1.4 F U = 0.9 CM. +1.4 F U = 1.4 CM + 1.7 CV U = 0.75 ( 1.4 CM + 1.4 T + 1.7 CV) U = 1.4 (1.0 CM + 1.0 T) Si el sismo no se encuentra mayorado U = 0.75 (1.4 CM + 1.7 CV ± 1.9 S) U = 0.9 CM ± 1.4 S

U ≤ ø [Resistencia Nominal]

B

UNIDAD III: DISTRIBUCION DE ESFUERZOS SOBRE LAS ZAPATAS: Hipótesis fundamentales. Distribución de los esfuerzos bajo zapatas. Hipótesis de Winkler (Centro de Presiones). Zapatas excéntricamente cargadas. Método para hallar el eje neutro. Problemas.

b

h

dr

cu = 0.003

su

m =

Ku

d0,85 f´c

C

T

1a

=m

a/2

Jud =

d -

a/2

C = 0.85 F`c . a . b

UNIDAD IV: REDIMENSIONADO DE UN SISTEMA DE FUNDACIÓN DIRECTA: Fase de análisis y diseño, comprobaciones estructurales: Punzonamiento, Sección Crítica, Esfuerzo admisible, Cortantes, Flexión, Cálculo y distribución del acero de refuerzo. Diseño Estructural de Concreto Armado (Repaso) Consideraciones • Deformación Unitaria máxima del concreto εcu máxima = 0.003 • El concreto no resiste esfuerzos a tracción, sino que estos son absorbidos por el acero de refuerzo. • La distribución de esfuerzos en la zona de compresión del concreto mantiene una forma parabólica,

la cual es transformada en rectangular mediante el coeficiente β1, el cual es determinado experimentalmente mediante la aproximación de Whitney y se define como:

Donde 0,85 Disminución de resistencia por corte y torsión F´c Resistencia del Concreto a los 28 días a Transformación rectangular de la zona en compresión del concreto. b Ancho de la sección rectangular Ku Profundidad del Eje neutro As Area de Acero de Refuerzo Jud Brazo mecánico m = Ku . d a = β1 . m

Haciendo equilibrio de fuerza T = C

W = ρ . Fy / F`c

0.65 ≤ β1 β1 = (1.05 – f´c/1400)

Asρ = b . d

T = As . Fy = ρ . b . d . Fy

ρ . b . d . Fy = 0.85 . F`c . a . b ρ . b . d . Fy a = 0.85 . F`c . b

Ju.d = d – a/2

1

2

ρ . d . Fy Jud = d – 2 . 0.85 . F`c

Jud = d 1 – 0.59W

Figura Nº 01

Igualmente podremos obtener: 0.85 F`c . a . b = ρ . b . d . Fy Pero

a = β1 . Ku . d por lo que obtedremos: 0.85 F`c . β1 . Ku . d . b = ρ . b . d . Fy y La expresión del momento de agotamiento (Mu) para las secciones simplemente armadas es:

Mu = ø As . Fy . Jud Jud = d ( 1 – 0.59 W ) Mu = ø . As . Fy . d ( 1 – 0.59 W ) As = ρ . b . d Mu = ø . ρ . b . d . Fy . d ( 1 – 0.59 W ) Multiplicando por F`c / F`c

Mu = ø . ρ . b . d . Fy . F`c / F`c d ( 1 – 0.59 W ) W = ρ . Fy / F`c Mu = ø . b . d . F`c . W . d ( 1 – 0.59 W ) Mu = ø . b . d2 . F`c . W . ( 1 – 0.59 W )

ø = Factor de disminución de resistencia por flexión(0.90)

Si denominamos μ a:

Entonces para una sección simplemente armada, debe cumplirse que: Considerando que W = ρ . Fy / F`c y que Para zona No sísmica 0.75 Wb ≥ W ≥ 14 / F`c Para Zona Sísmica 0.50 Wb ≥ W ≥ 14 / F`c Para asegurar el comportamiento dúctil de la sección sometida a flexión, se obtiene una condición equilibrada, cuando la cedencia inicial del acero ocurre simultáneamente con la falla a la compresión del concreto. (Cuantía Balanceada) εc = 0.003 εs = Fy / Es Es : Módulo de elasticidad del Acero 2.04 x 10 6 Kg/cm2

De la figura Nº 1 podemos deducir: Igualando a la formula (3), obtenemos Como valor de ρb

Mu = ø . W . ( 1 – 0.59 W ) b . d2 . F`c

Mu μ = = ø . W . ( 1 – 0.59 W ) b . d2 . F`c

Mu d ≥ μ . b . F`c

Wb = ρb . Fy / F`c

ρ . Fy Ku = β1 0.85 . F`c . b

3

Ku.d d = εc εc + εs

εc Ku = εc + εs

εc ρb . Fy = εc + εs β1 0.85 . F`c

β1 0.85 . F`c εc ρb = Fy εc + εs

β1 0.85 . F`c εc ρb = Fy εc + Fy/Es

B

B

d H

d

n

Lo cual puede escribirse aproximadamente como : El ACERO de refuerzo se determina como: As minimo Fy < 3500 kg/cm2 As min = 0.0020 B x H Fy = 4200 kg/cm2 As min = 0.0018 B x H Se verifica la lomgitud de desarrollo Ld = 1.4 x 0.06 Ab x Fy / (F´c)^(1/2) Ld = 1.4 x 0.006 db x Fy B = vAncho de la Zapata B = Ancho de la Columna o Pedestal H = Altura de la Zapata d = Distancia desde la superficie hasta la capa de refuerzos Chequeo Por Corte El corte en la sección transversal de la zapata, debe ser asumido en su totalidad por el concreto, lo cual debe chequearse en cada dirección, por lo general la de mayor dimensión en sentido perpendicular y debe cumplirse que: Vu = σu . B . C Donde C es la sistancia desde el borde hasta una distancia (d) de la cara de la columna. C =[(B – b) / 2] – d Ø = 0.85 (Corte y Torsión)

β1 0.85 . F`c 6120 ρb = Fy 6120 + Fy

Μu Αs = Ø . Fy . Ju.d

Factor de Mayoración para Armaduras superiores, cuando tiene por debajo 30 o mas centímetros de concreto

υu = Vu /(ø . B . d) ≤ 0,53. F´c

B

B

Chequeo Por Punzonamiento La carga de la columna por gravedad, tienen un sentido opuesto a la reacción del suelo sobre la zapata de fundación, lo que ocasiona que exista un aplastamiento de concreto alrededor de el área de punzonado

COVENIN 1753 Tabla 7.7.1 Recubrimiento Mínimos

Característica del Ambiente

Losas y Placas

Muros Cascaras y Placas

plegadas

Vigas y Columnas

Piezas al abrigo de la Intemperie 1,5 2,0 1,5 2,5

Piezas expuestas a la intemperie en ambientes No Agresivos

2,0 2,5 1,5 3,0

Piezas expuestas a la intemperie en ambientes Medianamente Agresivos

3,0 3,5 2,0 4,0

Piezas en Contacto con el Suelo. 4,0 4,0 4,0

Piezas Vaciadas contra el suelo y permanentemente en contacto con el mismo.

7,0 7,0 7,0

VIGA DE RIOSTRA

VIGA DE RIOSTRA

ZAPATA

ZAPATA ZAPATA

ZAPATA

PEDESTAL PEDESTAL

PEDESTAL PEDESTAL

COLUMNACOLUMNA

COLUMNA COLUMNA

BASE DE PAVIMENTO

UNIDAD V: LAS FUNDACIONES DE ZAPATAS AISLADAS: Análisis y diseño. Zapatas cuadradas y rectangulares. Vigas de Riostras. Problemas. Fundaciones Aisladas La determinación de la forma y dimensiones en planta, depende de varios factores.

1. La magnitud de las cargas de servicio que debe resistir la base 2. La calidad del suelo de fundación y sus esfuerzos admisibles. 3. La profundidad del estrato en el cual se apoya la base 4. El espacio disponible en planta para ubicarla

Los momentos flectores en el pie de columnas pueden ser resistidos por el sistema de fundaciones:

1. Colocando vigas de riostras conectando las diferentes fundaciones (LO normal es utilizar vigas de riostras y se asume que las riostras absorben un 50% del momento y la fundación el otro 50%.

2. Considerando la carga axial en la columna, trasladado paralelamente (Excentricidad) (e) PEDESTALES: Son ensanchamientos de la parte inferior de las columnas, siendo concéntricas entre ambas y sus funciones son:

1. Transmitir uniformemente las cargas de las columnas a las zapatas. 2. Disminuir las magnitudes de los momentos flectores y fuerzas cortantes en las bases. 3. Dar mayor estabilidad al conjunto de las fundaciones.

VIGAS DE RIOSTRAS: Las vigas de riostras interconectan las fundaciones de la estructura. Para evitar su pandeo debe cumplirse: B min = 25 cm ≥ Luz Libre / 20 Se supone que resisten cargas a tracción o compresión comprendidas entre el 10% y el 15% de la carga axial de la columna mas cargada.

FUNDACIONES AISLADAS (SOMETIDAS SOLAMENTE A CARGA AXIAL) Este tipo de fundaciones, por lo general de dimensiones cuadradas (B x B)

Datos: Pservicio = 62.000 kg Del estudio de suelos Rs asm = 1,50 Kg/cm2

Rcc 28 días : 350 kg/cm2 Fy = 4200 kg/cm2 Dimensiones del Pedestal (b) = 40 cm H = 30 cm (Altura mínima de la zapata) R = 7 cm. (Recubrimiento del Concreto)

FUNDACIÓN AISLADA Ps (Carga de Servicio) 62000 Kg Rs adm 1.5 kg/cm2 F´c = 350 kg/cm2 Fy = 4200 kg/cm2 Área Fundación = Ps / Rs adm 41333.3333 cm2 Base Cuadrada B = 203.3060091 205 cm H = 30 cm Recubrimiento r = 7 cm d = 23 cm PEDESTAL b = 40 cm

σu = Ps * F.M. / B2 = 2.286734087 n = B/2 - b/2 = 82.5 cm c = n - d = 59.5

Mu = σu . B . n2 / 2 = 1595318.598 kg.cm μ = 0.90 W . ( 1 - 0.59 W ) Ju = ( 1 - 0.59 W ) = 0.88104 Zona sismica FALSO VERDADERO

W = 0.50 Wb 0.20162791 Wb = ρb Fy / F´c 0.40325581

ρb = β1 . (0.85 F´c/Fy) . (6120 / (6120 + Fy)) 0.03360465

β1 = (1.05 - F´c/1400) > 0.65 0.8 CHEQUEO POR CORTE

Vu = σu . B . C = 27,892.44 Kg ø = 0.85 Corte y Torsión vu = Vu / (ø . B . d) ≤ 0.53 (F´c)^(1/2) 6.96 kg/cm2 ≤ 9.92 kg/cm2 Ok

B

d

n

B

CHEQUEO POR PUNZONAMIENTO

ø = 0.85 Corte y TorsiónVu = Pu - σu (b+d)2 = 87,023.95Kg bo = 4 (b+d) 252 vu = Vu / (ø . bo . d) ≤ 1.06 (F´c)^(1/2) 17.66kg/cm2 ≤ 19.83kg/cm2 Ok

CALCULO DE ACERO DE REFUERZO ø = 0.90 Flexión Pura As Calc. As min As = Mu / (ø . Fy . Ju . d) ≥ As Min 20.83cm2 ≥ 11.07cm2 Ok

VERDADERO cada FALSO 0.72 7 cm FALSO

B

B

d/2d/2

d/2

d/2

UNIDAD VI: FUNDACIONES COMBINADAS RECTANGULARES: Análisis y diseño. Colocación de Acero de refuerzo. Problemas. Para el cáclculo de una zapata cuadrada, se debe partir de un esfuerzo transmitido a la zapata por la columna, el cual debe ser de servicio (No mayorado).

UNIDAD VII: FUNDACIONES COMBINADAS TRAPEZOIDALES: Análisis y diseño. Colocación de Acero de refuerzo. Problemas.

UNIDAD VIII: FUNDACIONES CONECTADAS: Fundaciones atensoradas y conectadas mediante vigas cantilever.

UNIDAD IX: LOSAS DE FUNDACION: Tipos, Distribución de Esfuerzos debajo de la losa. Losa Flotante. Luz elástica ficticia. Métodos de diseños flexibles y rígidos. Distribución de Aceros. Problemas.

UNIDAD X: PILOTES: Análisis y diseño de pilotes y cabezales de pilotes.

UNIDAD XI: MUROS DE ONTENCIÓN: Cálculo de empujes sobre el muro. Comprobación de hundimiento, volcamiento y deslizamiento. Diseño Estructural. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Cimiento o fundación: es la obra en contacto con la tierra, destinada a la transmisión de la carga muerta del edificio y el efecto dinámico de las cargas móviles que actúan sobre él, viento incluido. La carga hace que el suelo se deforme, se hunda y es exigencia primordial que los asientos de las distintas partes de una fundación sean compatibles con la resistencia general de la construccion. La elección de un tipo de cimiento depende de múltiples factores, tan íntimamente ligados que no permiten excepción, considerarlos independientemente. El éxito de una cimentación no se relaciona solamente con el comportamiento del terreno en el plano de apoyo. Las características fisiométricas en ese lugar y en el momento de la obra pueden llegar a ser bien conocidas mediante ensayos de laboratorios, pero esta siempre la incógnita de su cambio con el tiempo y la presencia de factores no previstos, capaces de introducir nuevas variantes, en ocasiones indeterminadas, erráticas o aleatorias (la presencia de una piedra grande, por ejemplo, que haya escapado a los sondeos puede romper o desviar un pilote). Dentro de este tipo de variables, se encuentran las condiciones de las capas subyacentes en profundidad, el propio tamaño del cimiento, la distancia relativa entre basamentos próximos, la presencia de edificios existentes o la posibilidad de futuras construcciones. Los sistemas de cimentación pueden ser agrupados en seis grandes categorías: 1- Fundaciones superficiales o directas 2- Fundaciones profundas o por pozos 3- Fundaciones indirectas o por pilotes 4- Fundaciones hidráulicas 5- Fundaciones por consolidación 6- Subfundaciones o submuraciones Una fundación se llama superficial o directa cuando el plano de asiento de los cimientos se encuentra a poca profundidad, entendiendo por poca profundidad aquella que puede ser alcanzada con la excavación corriente de bajo costo y poca dificultad, sean los medios mecánicos o brazo. Cuando, en cambio, el plano de asiento se encuentra tan profundo que solo puede ser alcanzado mediante trabajos especiales de mucha dificultad y costo, la fundación se llama profunda o por pozos, por ser este el medio mas corriente de realizarla. A veces ni siquiera hay plano de asiento, la fundación se opera desde la superficie, hincando largas estructuras que trabajan de punta o por fricción: es el pilotaje o fundación indirecta. Sea la fundación superficial o profunda, la presencia de agua crea técnicas operativas especiales que autorizan a dar categoría propia a las fundaciones hidráulicas, en sus dos tipos: con agotamiento, es decir con extracción de agua y sin agotamiento, es decir sin extracción. A veces es posible mejorar la capacidad de soporte del suelo mediante tratamientos especiales para apoyar sobre el un tipo cualquiera de estructura, esta es la consolidación. Finalmente cuando es necesario llevar al plano de asiento de un cimiento existente, a un nivel inferior, se tiene la subfundación o recalce, llamada comúnmente submuración.

1- Fundaciones superficiales o directas: Este es el tipo de cimentación obligado en las pequeñas edificaciones que solo son capaces de trasmitir al suelo cargas bajas y en las que razones de orden económico limitan a porcentajes muy estrictos la incidencia del cimiento sobre el costo total de la obra. La fundación superficial es usada también cuando el proyecto incluye la construccion de sótanos y por ese motivo el fondo queda ya preparado para recibirla. El tipo mas sencillo es la base o zapata aislada, que recibe le carga de una columna o pilar y la lleva a tierra mediante un pequeño ensanchamiento. Esta es la solución mas económica. Una hilera de columnas próximas que requieran zapatas suficientemente grandes como para que lleguen a tocarse o superponerse, lleva la idea de zapata continua, esta es la fundación natural de los muros. Varias zapatas continuas paralelas, suficientemente próximas como para que lleguen a tocarse o superponerse, producen la platea, una zapata de grandes dimensiones. Por razones de economía y sencillez de ejecución, el material mas adecuado es el hormigón, simple o armado. Como en la mayoría de las zapatas y plateas, el esfuerzo dominante es la flexión, el uso del hormigón armado es casi total. Gráficos: Fundaciones directas • Zapata de hormigón. 1: Base troncocónica, armada, para terrenos de consistencia normal. La altura hasta el nivel del solado más bajo debe ser la mínima necesaria; en la parte inferior esta dibujada la parrilla de hierros lo que, como se ve, son menores que el lado de la base y colocados en posiciones alternadas para cubrir, con mayor economía, toda la superficie de esta. • Zapata continua. La viga invertida es el principal elemento de soporte y para ella se ha dibujado en la parte inferior del diagrama de momentos y con trazos gruesos la ubicación de la armadura principal. Como el comportamiento de los suelos es indefinido, tanto en este caso como en otros, es prudente que la armadura de las vigas y refuerzos de cimiento sea doble, para prevenir momentos de flexion en cualquier sentido. El ancho a puede ser variable en correspondencia con la mayor o menor carga de las columnas. • Platea. Elemento principal de sustentación, malla invertida, que da al conjunto gran rigidez. La losa de fondo puede faltar si el terreno es suficientemente consistente.

2- Fundación por pozos: En su forma mas sencilla, el pozo de pequeño diámetro, es vaciado a manos hasta encontrar fondo resistente, se lo rellena luego con hormigón, formándose una columna que apoya en firme y, eventualmente, trabajara también a fricción contra el suelo. La entibación avanza desde arriba hacia abajo junto con la excavación, hecho el cimiento se la retira de abajo hacia arriba, a medida que progresa el relleno. Luego de excavado se llena de hormigón, uniéndose el coronamiento con el de los otros mediante vigas de hormigón armado o arcos de mampostería, sobre los que descansara la superestructura del edificio. Cuando el terreno resulta muy desmoronable, el entibamiento se complica. Los pozos de gran sección están sujetos a gran empuje, que muchas veces superan la resistencia de la madera, se recurre entonces a otros materiales no recuperables. Ha nacido así el socorrido cilindro de fabrica u hormigón simple o armado, que se construye a nivel del terreno, se descalza por dentro para hundirlo y a medida que penetra el suelo se lo va sobreelevando con un nuevo material para aumentar su peso y favorecer así una nueva penetración. A este tipo de cimiento se lo suele llamar “a cajón abierto”. Gráfico: Fundación por pozos Cilindro de fabrica u hormigón armado para hincar por descalce. En a,b y c se ven tres etapas de la construccion de un pozo. En a, el anillo cortante ha sido terminado y se encuentra listo para su descenso. En la parte inferior del grabado pueden verse tres modelos de borde de corte, en el tercero están marcados los tensores destinados a absorber esfuerzos de tracción que pudieran producirse para evitar la rotura de la pared. En b, el pozo semienterrado con la pared que va creciendo hasta arriba a medida que los obreros descalzan el fondo. En c, el pozo esta terminado y ha sido rellenado con hormigón. Las paredes se construyen generalmente con una ligera inclinación hacia el interior para disminuir la fricción contra la tierra. 3- Pilotaje: El pilote recibe la carga y la trasmite al suelo de dos maneras: de punta, como si fuese una columna apoyada sobre un plano resistente, y por frotamiento lateral contra el suelo. En algunas ocasiones este frotamiento puede resultar suficientemente intenso como para que toda la carga sea absorbida por fricción: la cimentación recibe entonces el nombre de flotante. Se distinguen dos tipos: pilotes prefabricados y pilotes moldeados in situ. Para los prefabricados se usan la madera, el hierro y el hormigón armado. Con una maquina se levanta cada unidad, se la apoya de punta sobre el suelo y se la fuerza a golpes hasta enterrarla en la longitud requerida. Los de madera y hormigón llevan una protección en la punta llamada azuche. Para no dañar el extremo superior se intercala otra pieza metálica entre la cabeza y el martillo. Los pilotes de madera y los de hierro necesitan ser protegidos en toda la zona de fluctuación de las aguas superficiales o de napa, para lo cual se los embebe en macizos de hormigón en toda la altura necesaria. Estos inconvenientes desaparecen con el empleo de pilotes moldeados en su propio agujero. Premoldeado o en situ, el pilote no recibe de un modo directo la carga, sino por la interposición de un

elemento llamado cabezal, el cabezal correspondiente a un grupo de pilotes puede llegar a ser una estructura muy importante. El pilotaje no esta libre de inconvenientes. Los más frecuentes accidentes son: desviación o rotura por la presencia de bloques erráticos, viejas fundaciones, etc.; roturas por falla del material durante la hinca. Gráfico: Fundación por pilotes Pilote Franki. Primer paso: El tubo verticalmente sobre el suelo recibe un paston de hormigón con muy poco agua y fuertemente comprimido por el martillo para formar un tapón. Segundo paso: Forzado por el golpe contra el tapón el tubo se va enterrando. Tercer paso: Alcanzada la cota requerida, el tubo se levanta en una cantidad H y en esa posición el tapón es expulsado con un nuevo agregado de material, formándose la base ensanchada. Cuarto paso: Se coloca la armadura y se comienza el relleno total del tubo con apisonamiento en capas de 30 cm. Quinto paso: Al extraer totalmente el tubo, el pilote queda terminado. La superficie de contacto rugosa y de mayor diámetro que el tubo. 4- Fundaciones hidráulicas: En los terrenos inundado, el ingeniero se ve obligado a trabajar en dos únicas alternativas o saca el agua u opera con ella. En el primer usa de las bombas, si la capacidad de estas es suficiente para extraer toda el agua que se presenta, se tiene la cimentación con agotamiento hidráulico, si en cambio, las bombas no fuesen capaces de producir el agotamiento total, se tiene la fundación por depresión del nivel freático. En algunos casos no es posible ni el agotamiento ni la depresión, se tiene entonces la fundación hidráulica sin agotamiento. a- Fundaciones con agotamiento: Cuando las venas de agua son débiles y el terreno tiene la necesaria consistencia para zanjearlo, es suficiente el drenaje hacia puntos mas bajos que el nivel general de la excavación. Si esto es posible, se prefiere dar a estos drenajes de carácter de permanentes con lo cual se asegura al cimiento una vida totalmente libre de aguas, con todas las ventajas que esto significa. Cuando esto no es posible, los drenes mueren en pozos y de estos el agua se extraen con bombas, cuando estas se retiran el agua invade nuevamente el cimiento, cosa que en el proyecto habrá sido prevista para dotarlo de una correcta protección. b- Fundaciones con depresión a nivel freático: La excavacion futura queda encerrada dentro de un cinturon de pozos filtrantes previamente perforados, tan profundos como sea necesario y separados a distancias convenientes según sean la calidad del terreno y la potencia de la napa. El bombeo provoca el descendimiento del nivel freático y de esa manera puede hacerse la excavación sin ningún riesgo. En este sistema el bombeo debe ser permanente hasta que el desarrollo de la obra permita suspenderlo. c- Fundación sin agotamiento: Son tres los tipos, esencialmente distintos: las escolleras, los cajones con y sin fondo y los cajones neumáticos. • La escollera, consiste en un relleno del fondo subacueo con un pedraplen, arrojado desde la superficie, previa preparación del lecho por dragado. Suele usarse también grandes bloques prismáticos y tetrápodos de hormigón. • El cajón con fondo es una importante estructura hueca de hormigón que se construye en obrador, se lleva por flotación hasta el sitio de su emplazamiento y allí se lo hunde lastrándolo. El cajón sin fondo, suele tener uno provisorio para emplazarlo por flotación, allí se rompe el fondo, el cajón se hunde y desde la superficie se excava su interior con una cuchara para obligarlo a hundirse, en

un proceso similar al de la fundación por pozos. • El cajón neumático tiene el fondo abierto, pero herméticamente cerrada la boca superior, se inyecta el aire comprimido en la cámara interior y de esa manera el agua no solo es expulsada sino también impedida de volver a entrar. En este ambiente se instalan los obreros y van descalzando interiormente el cajón que comienza a hundirse, simultáneamente sobre el se sigue sobreelevando la obra. Este es un trabajo sumamente delicado y de bajo rendimiento: el operario necesita un periodo de adaptación a la presión antes de comenzar cada jornada y otro de descompresión al terminarla. 5- Consolidación: La idea básica de este tipo de fundación es la de mejorar por medios artificiales las condiciones del terreno para asentar sobre el algunas de las fundaciones. Se trata de aumentar su capacidad de soporte mediante su compactación puramente mecánica o su endurecimiento por medios químicos. Son tres los tipos de compactación: a- Congelamiento: Esta es una consolidación temporaria. El terreno es llevado a temperaturas bajas, solidificándose en macizos de alta capacidad de soporte que lo convierten en auto portante y le permiten servir de muro de contención de los suelos adyacentes. Hecha la obra se retira el sistema refrigerante y el terreno vuelve a su situación anterior. b- Compactación: En este caso la consolidación es permanente y se la tiene en cuenta como un elemento de la obra definitiva. La compactación se realiza de dos maneras: 1- Vibrando la masa, con lo que se consigue que disminuya de volumen con el consiguiente aumento de la densidad. 2- Introduciendo pilotes en cantidad suficiente para producir la requerida diminución de volumen y el correlativo aumento de densidad. Los pilotes son por supuesto parte de la obra definitiva. c- Inyecciones petrificantes: También es un tipo de consolidación permanente, intensamente usado para el cegado de las grietas en rocas fisuradas. Para estas, el cemento a presión es la materia indicada. 6- Subfundación o recalce: Hemos indicado ya el objeto del recalce, llevar el plano de apoyo de un cimiento a un nivel diferente. El caso se presenta en la ejecución de sótanos en edificios existentes, sótanos nuevos en la vecindad de obras viejas, también puede ser necesario apuntarla debidamente, como un trabajo previo al descalce. Recalzar es una operación delicada, costosa y lenta, en ocasiones hecha en condiciones verdaderamente difíciles, complicadas aun mas por la necesidad de proteger la estructura por subfundar durante todo el periodo de construccion, vigilar la seguridad la seguridad de terceros y la del propio personal. El trabajo se desarrollara siguiendo las siguientes etapas: 1°) Apeo del edificio existente 2°) Descalce, es decir excavación hasta el nivel deseado.

3°) Ejecución del cimiento nuevo 4°) Recalce 5°) Retiro de andamiaje provisorio Los asientos deben ser constantemente controlados en los lugares críticos. La vigilancia deberá ser llevada hasta algún tiempo después de terminado el recalce, en previsión de que las sobrecargas y la merma de los morteros pueden motivar nuevos movimientos verticales.