HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES …
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“Sede Oscar Lucero Moya” DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES TRABAJO DE DIPLOMA HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS RECTANGULARES DE HORMIGÓN ARMADO. AUTOR: MARÍA DE LOS ANGELES GONZÁLEZ SERA HOLGUÍN 2017
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“Sede Oscar Lucero Moya”
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES
TRABAJO DE DIPLOMA
HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO
DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS
RECTANGULARES DE HORMIGÓN ARMADO.
AUTOR: MARÍA DE LOS ANGELES GONZÁLEZ SERA
HOLGUÍN
2017
“Sede Oscar Lucero Moya”
DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES
TRABAJO DE DIPLOMA
HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO
DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS
RECTANGULARES DE HORMIGÓN ARMADO.
AUTOR: MARÍA DE LOS ANGELES GONZÁLEZ SERA
TUTOR: ING. JULIO MANUEL FERNÁNDEZ-RUBIO DEL CAMPO
HOLGUÍN
2017
PENSAMIENTO
"Cuando hay armonía en cualquier expresión de arte y hay satisfacción del espíritu, diremos entonces que es una buena obra."
Luís Felipe Rodríguez Columbié. Decano de los arquitectos holguineros.
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar quiero agradecer a mi Padre y Señor Todopoderoso Jesucristo por ser la luz de mi vida y guiarme siempre en mi camino.
A mis padres que son todo para mí, los amo. Sin ustedes no hubiera llegado hasta aquí (literalmente).
A mi novio, parte fundamental en mi carrera. Gracias por tu ayuda, te amo.
A mi hermana Lily y mis hermanos (Tatis), gracias por todo el apoyo y amor que siempre me han dado.
A mi prima Vivian, por exigirme en todo momento dar lo mejor de mí.
A mi sobrinito Julito por volverme maravillosamente loca.
A toda mi familia en general, mi abuela, mi tía Dely, mi tío Fernando... Los amo.
A mis padrinos: Ofelia y Antonio por contar con ellos en las buenas y en las malas.
A mi tutor Julio, gracias por la paciencia, las enseñanzas y el cariño. Te quiero July.
A los profesores del Departamento de Ingeniería Civil, gracias miles por sus enseñanzas.
A la Vicerrectora Ana de Lourdes Torralbas por su ayuda incondicional en todo momento.
A mis amigos del aula Claudia, Aliannis, Yitsean y Jorgito por simplemente ser mis amigos.
DEDICATORIA
A mis padres y mi abuelita María, los amo.
RESUMEN
La construcción de cimentaciones es uno de los problemas ingenieriles más antiguos. En
Cuba cuando el tipo de terreno lo permite la solución más racional son las cimentaciones
aisladas de hormigón armado de base rectangular, fundamentalmente para estructuras
de esqueleto. En la actualidad se puede apreciar que diversas entidades del territorio
llevan a cabo el proceso de diseño de cimentaciones de forma manual o empleando
programas y tablas previamente confeccionadas en hojas de cálculo electrónicas
(Microsoft EXCEL) por los mismos proyectistas. Esta situación trae consigo que debido a
la utilización de herramientas dispersas se desarrollen procesos de diseños largos y
complejos que carecen de flexibilidad a la hora de realizar diversas propuestas de
proyectos de cimentación y no siempre se obtienen las mejores soluciones en cuanto a
seguridad y economía. Es objetivo de la presente investigación analizar como posible
solución de mejora a esta situación, la creación e implementación de una herramienta
computacional de diseño de cimentaciones aisladas de hormigón armado de base
rectangular. Esto se logró mediante un diagnóstico del proceso de diseño de estos
elementos y las tecnologías empleadas con estos fines, lo cual permitió llegar a la
concepción de la herramienta.
Palabras Clave: cimentaciones aisladas superficiales, diseño, herramienta
computacional, diagnóstico.
ABSTRACT
The construction of foundations is one of the oldest engineering challenges. In Cuba when
the type of terrain allows it, the preferred solutions are the rectangular shallow foundations
of reinforced concrete, mainly in skeletal structures. At the present, it can be seen that
various entities of the territory carry out the process of designing foundations manually or
using software and tables previously made in electronic spreadsheets (Microsoft Excel)
by the same designers. This situation brings with, that due to the use of dispersed tools,
long and complex designs processes, the final product will lack of flexibility when making
various proposals for foundation projects and not always obtaining the best solutions in
terms of safety and economy. The objective of this research is to analyze a possible
improvement to the creation and implementation of a computational tool for the design of
isolated rectangular shallow foundations of reinforced concrete. This was achieved
through a diagnosis of the design process of these elements and the technologies used
for these purposes, which allowed to reach the conception of the tool.
KEY WORDS: separate rectangular shallow foundations, design, computational tool,
diagnosis.
ÍNDICE
Contenido Pág.
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I - MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE DEL DISEÑO DE
CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS RECTANGULARES DE
HORMIGÓN ARMADO
7
I.1 Cimentaciones. Generalidades 7
I.1.1 Definición de cimentación 7
I.1.2 Tipos de cimentación 8
I.1.3 Evolución de las cimentaciones superficiales 10
I.1.4 Causas de los desperfectos en las cimentaciones y sus daños
asociados 12
I.2 Principios de diseño de las cimentaciones superficiales aisladas
rectangulares de hormigón armado 15
I.2.1 Caracterización histórica del proceso de diseño de cimentaciones
superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado 16
I.2.2 Diseño geotécnico 18
I.2.3 Diseño estructural 22
I.3 Uso de herramientas computacionales en el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado 25
I.4 Diagnóstico del estado actual del proceso de diseño de cimentaciones
superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado en la empresa
Arquitectos de la Comunidad
29
I.4.1 Acciones implementadas para el diagnóstico 29
I.4.2 Análisis de los resultados obtenidos 30
CAPÍTULO II - HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO
AUTOMATIZADO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS
RECTANGULARES DE HORMIGÓN ARMADO
32
II.1 Características generales de la herramienta 32
II.1.1 Requerimientos para su utilización 33
II.1.2 Instalación 34
II.1.3 Interfaz y funcionalidades principales 39
II.1.4 Breve explicación de su uso para el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado 41
II.2 Algoritmo general de trabajo de la aplicación 44
II.3 Valoración de la factibilidad del uso de la herramienta computacional para el
diseño de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de hormigón
armado
46
II.3.1 Acciones implementadas 46
II.3.2 Resultados obtenidos 47
II.3.3 Análisis de los resultados 48
CONCLUSIONES GENERALES 50
RECOMENDACIONES 51
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
1
INTRODUCCIÓN
Una construcción es el resultado del uso de materiales, empleando las técnicas adecuadas
a cada material y a cada tipo de construcción, de acuerdo con un proyecto o diseño previo.
Toda estructura ha de apoyarse necesariamente en el terreno, que puede considerarse
un material más de los que la conforman. Sin embargo, en comparación con el resto de
los materiales estructurales convencionales, como el hormigón, el acero o la madera, el
suelo es menos resistente y más deformable. Por consiguiente, no puede resistir las
mismas tensiones y resulta preciso dotar a la estructura de unos apoyos o cimentaciones
que repartan y transmitan al terreno unas presiones que sean compatibles con su
resistencia y con su deformabilidad.
La construcción de cimentaciones es uno de los problemas ingenieriles más antiguos de
la humanidad. No existe un amplio conocimiento de los antecedentes de nuestras
cimentaciones, porque hasta aproximadamente el siglo XVIII no se cuentan con registros
de las mismas:
Los habitantes prehistóricos de los lagos de Europa construían sus casas sobre
largas estacas de madera que hincaban firmemente en el blando fondo de los lagos.
Los antiguos egipcios construían sus monumentos sobre capas de piedras que
descansaban en la roca, lo cual trato de reflejar la Biblia al plantear: “la roca solida
es más segura que la cambiante arena…”.
Los babilónicos solo encontraron profundos aluviones en las llanuras entre el Tigris
y el Éufrates, que se asentaron bajo el peso de sus ciudades, y por eso los edificios
y muros eran soportados por camadas de mampostería provistas de conexiones
deslizantes de manera que se pudieran asentar cantidades diferentes sin
agrietarse.
Los artesanos de la edad media soportaban sus obras maestras en bóvedas
invertidas de piedra, emparrillados de madera, o pilotes de madera, siguiendo las
reglas que habían trazado antes que ellos los constructores romanos.
Los aztecas utilizaban un método de agricultura y expansión territorial denominados
chinampas que consistían en unas balsas de armazón hechas con troncos y varas,
2
sobre las que se depositaban tierra vegetal debidamente seleccionada, en estas se
sembraban sauces para que sus raíces crecieran desde el agua hasta la tierra firme
en las riberas de lagunas y arroyos. Con este método lograron ampliar su territorio
en la superficie de los lagos del Valle de México, el cual era poco profundo y
cenagoso.
Todos estos hechos demuestran la importancia de la realización de proyectos de
cimentaciones a lo largo del desarrollo del hombre, que permitieron la estabilidad
necesaria de las estructuras, deformaciones tolerables por las mismas que no afectaran
su funcionalidad y la perdurabilidad ante ciertas condiciones como los cambios
volumétricos de los suelos, socavación en los cauces y orillas de los ríos, oscilaciones del
nivel freático, etc.
La utilización de un u otro tipo de cimentación (directa o profunda) está en función de la
importancia de la obra, tipo de suelo que lo soportará, peso de la edificación, el tipo de
edificación, etc. Este aspecto además de influir en el comportamiento estructural, también
influye en el costo de la edificación, necesitándose de un análisis técnico-económico de
las posibles variantes a utilizar para poder elegir la más racional.
En Cuba actualmente cuando la naturaleza del terreno lo permite se suele acudir como
solución más racional de cimentación, fundamentalmente en estructuras de esqueleto, a
las cimentaciones aisladas de base rectangular que habitualmente se construyen a poca
profundidad bajo la superficie.
Figura 1. Cimentación superficial aislada en Parcela 7 y 8, Holguín
3
La preocupación creciente de nuestro país sobre la mejor manera de gestionar los
recursos ha dado origen a políticas de ahorro en diferentes esferas económicas y sociales.
El sector de la construcción tiene un peso notable dentro del presupuesto que destina el
Estado cada año para garantizar el desarrollo de la nación, que en los últimos años es
cada vez mayor debido al amplio programa constructivo de obras de todo tipo. Las
empresas de ingeniería y diseño en el país juegan un papel fundamental y de alta
responsabilidad dentro del proceso inversionista cubano ya que según el Decreto
327/2014 “Reglamento del proceso inversionista” constituyen la personalidad jurídica,
calificada y autorizada para prestar servicios de arquitectura, ingeniería y otros proyectos
al inversionista. En la actualidad se puede apreciar que diversas entidades del territorio
llevan a cabo el proceso de diseño de cimentaciones de forma manual o empleando tablas
previamente confeccionadas en hojas de cálculo electrónicas (Microsoft EXCEL) por los
mismos proyectistas y algunos programas de cálculo en MS-DOS y cuando finalmente se
obtiene un diseño seguro, se procede al dibujo y acotado de los diferentes planos con
ayuda de programas como AutoCAD, ya que el mismo no tiene incorporado un módulo
específico para estos fines. Esta situación trae consigo que producto a la utilización de
herramientas dispersas se desarrollen procesos de diseños largos y complejos
repercutiendo en la flexibilidad a la hora de dar diversas soluciones a un mismo problema
y no siempre se obtienen las mejores soluciones en cuanto a seguridad y economía,
incidiendo negativamente en la eficiencia de la empresa de forma general.
Por otra parte el desarrollo científico – técnico que la humanidad ha alcanzado en la última
década del pasado siglo y primer decenio de este en muchas ramas del saber puede casi
compararse con todo el desarrollo que había alcanzado previo a esta etapa. El
surgimiento de la informática y las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
(TIC), ha propiciado que la manipulación de grandes volúmenes de datos comience a
transitar por un nuevo camino. El papel que estos juegan en la sociedad actual es tan
significativo que es casi imposible concebir a una sin la otra. Una de las ventajas que se
ha podido apreciar con el uso de estas tecnologías ha sido un mejor manejo de la
información en distintas áreas, donde antes, al llevarlo a cabo de forma manual se volvía
trabajoso y expuesto además a una mayor probabilidad de cometer errores.
4
Por lo declarado con anterioridad, surge como problema de la presente investigación:
¿Cómo diseñar cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado de forma
automatizada?
Con el objetivo de contribuir a la solución del problema sobre una base científica, es
necesario identificar como objeto de la investigación: Cimentaciones superficiales
aisladas de hormigón armado
Se identifica como campo de acción: Diseño automatizado de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado
Para solucionar el problema científico de la investigación se asume como objetivo
general: Elaborar una herramienta computacional para el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado.
Se derivan como objetivos específicos:
Diagnosticar el estado actual del proceso de diseño de cimentaciones superficiales
aisladas de hormigón armado y las tecnologías empleadas con estos fines.
Crear e implementar una herramienta computacional que favorezca el proceso de
diseño de cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado.
Hipótesis: La creación de una herramienta computacional para el diseño de
cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado favorecerá el proceso de diseño
de estos elementos y la obtención de soluciones racionales en la empresa Arquitectos de
la Comunidad.
Tareas de Investigación:
– Sistematizar los fundamentos teóricos y metodológicos existentes en torno al
diseño de cimentaciones superficiales.
– Determinar los antecedentes históricos y el estado actual del diseño de las
cimentaciones superficiales mediante herramientas computacionales.
– Elaborar una herramienta computacional para el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado.
5
– Validar la factibilidad de uso de la herramienta mediante el criterio de especialistas.
Para dar cumplimiento a los objetivos específicos, se empleó un sistema de métodos de
investigación científica de naturaleza teórica, empírica y matemático-estadístico:
Métodos teóricos:
Histórico-lógico: Para la determinación de los antecedentes históricos que han
caracterizado el proceso de diseño de las cimentaciones superficiales aisladas
rectangulares de hormigón armado.
Análisis y síntesis: Para el análisis y construcción de síntesis científicas derivadas
de los procesos de caracterización histórica, teórica-metodológica y empírica del
objeto y el campo de la investigación, así como para la valoración de la factibilidad
del uso de la herramienta propuesta.
Sistémico-estructural-funcional: Para concebir la estructura de la herramienta para
el diseño automatizado de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de
hormigón armado y caracterizar las relaciones de trascendencia entre sus partes.
Modelación: Para la modelación de la herramienta en función del contenido
relacionado con el proceso de diseño de cimentaciones superficiales aisladas
rectangulares de hormigón armado.
Métodos empíricos:
Revisión de documentos: Para la caracterización histórica-teórico-metodológica y
empírica del objeto y el campo de la investigación.
Entrevistas: Para la caracterización empírica del objeto y el campo de la
investigación.
Criterios de especialistas: Para la valoración del uso de la factibilidad de la
herramienta para el diseño automatizado de cimentaciones superficiales aisladas
rectangulares de hormigón armado.
Matemáticos-estadísticos:
6
Estadístico-descriptivo: Para la obtención, procesamiento y presentación derivados
de los procesos de caracterización empírica del objeto y el campo de la
investigación y de la consulta a especialistas.
El aporte práctico de la investigación consiste en la creación de una herramienta que
automatice el diseño de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de hormigón
armado teniendo en cuenta las especificidades propias de nuestro país.
La Novedad científica de la investigación la constituye el empleo de una herramienta
computacional para el diseño de cimentaciones aisladas de hormigón armado.
La estructura de la tesis está conformada por dos capítulos. En el primer capítulo se
caracteriza histórica, teórica, metodológica y empíricamente el objeto y el campo de la
investigación. En el segundo capítulo se muestra la concepción y explotación de la
herramienta computacional para el diseño automatizado de cimentaciones superficiales
aisladas de hormigón armado.
7
CAPÍTULO I - MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE DEL DISEÑO DE
CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS RECTANGULARES DE HORMIGÓN
ARMADO
Introducción al capítulo:
En el capítulo se revelan los resultados de la caracterización histórica del objeto y el campo
de la investigación, así como la sistematización de los fundamentos teóricos y
metodológicos que sustentan el aporte de la investigación.
I.1 Cimentaciones. Generalidades:
En el epígrafe se identifican los conceptos más importantes sobre la cimentación. Se
especifican los tipos que la comprenden. Se describe la evolución de las cimentaciones
superficiales. Además se mencionan las causas de los desperfectos en las cimentaciones
y sus daños asociados.
I.1.1 Definición de cimentación:
En la bibliografía consultada se pueden apreciar diferentes variantes entorno al concepto
de cimentación:
Una cimentación es el elemento o conexión estructural responsable de transmitir
las solicitaciones originadas en la superestructura al suelo, y cuyo diseño depende
tanto de las características de la estructura como del suelo de la base. (Oficina
Nacional de Normalización, 2007)1
Se entiende por cimentación a la parte de la estructura que transmite las cargas al
suelo. Cada edificación demanda la necesidad de resolver un problema de
cimentación. (Garza Vasquez, 2000)2
La cimentación es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir
las solicitaciones de la edificación al suelo. De manera que la superficie de contacto
de la cimentación con el suelo, dependerá en gran medida de la capacidad de carga
del suelo. Como la cimentación transmite las cargas de la estructura al suelo
1 Oficina Nacional de Normalización. Geotecnia. Norma para el diseño. La Habana, 2007 2 Garza Vásquez, Luis. Diseño y construcción de cimentaciones. Medellín, 2000
8
subyacente, este no debe rebasar la capacidad de carga del suelo, y las
deformaciones deberán ser admisibles para la estructura. (García-Elías, et al.,
2014)3
Según el objeto de esta investigación el autor asume como definición más completa esta
última, pues enmarca la cimentación como un sistema estructura-suelo que dependiendo
de las propiedades tanto del elemento estructural (cimiento) que transmite las cargas al
suelo, así como de la propia masa de suelo subyacente, definen el comportamiento del
conjunto.
I.1.2 Tipos de cimentación:
En el campo de la ingeniería civil es costumbre, de acuerdo con la posición del terreno
portante, clasificar las cimentaciones en directas (también se utiliza el término
superficiales) y profundas. Esta clasificación aplicada en la práctica puede resultar
convencional, debido a que los criterios de diferenciación no pueden hacerse lo
suficientemente precisos y generales como para que no se presenten casos ambiguos.
Es natural que no sea factible definir una frontera estricta de delimitación. Sin embargo a
efectos de la presente investigación se considera pertinente la siguiente clasificación:
Cimentaciones superficiales o directas: cuando el terreno o manto portante se
encuentra a una profundidad relativamente limitada y es con frecuencia factible
llegar a él por medio de una excavación a cielo abierto. A no ser que medien
dificultades especiales para excavar, se considera como profundidad límite aquella
que no exceda de dos a tres veces el ancho del cimiento. Los tipos más
ampliamente utilizados son: las cimentaciones aisladas, cimentaciones
combinadas, cimentaciones continuas o corridas, placas de cimentación o
cimentaciones en balsa. (Das, 2001)4
3 García-Elías, Alejandro; Aguilar-Meléndez, Armando; Córdova, Alejandro; Antonio, Carlos; Leyton, Jesús;
Hernández-Romero, Israel; Laguna-Camacho, J. R. Revista Iberoamericana de Ciencias, 2014 4 Das, Braja M. Principios de Ingeniería de cimentaciones. México, D.F, 2001
9
Figura 2. Cimentación superficial aislada
Cimentaciones profundas: se originan naturalmente en la necesidad técnica y
económica de trasladar las cargas de las estructuras a mantos profundos
competentes a través de secuencias estratigráficas débiles y compresibles. El
mecanismo de trabajo más común consiste en un elemento estructural a
compresión (columna, cilindro hueco o caja) que transmite fuerzas desde la base
de los elementos de soporte de las estructuras hasta los mantos portantes. Este
tipo de cimentación suministra en general buena flexibilidad y libertad en la
disposición arquitectónica y los sitemas estructurales, puesto que ofrecen
suficiente capacidad para asumir grandes variaciones en las cargas y el
espaciamiento de columnas. Los tipos más ampliamente utilizados son: los pilotes,
pilares excavados, pilas y cajones. (Das, 2001)5
Figura 3. Cimentación profunda
5 Das, Braja M. Principios de Ingeniería de cimentaciones. México, D.F, 2001
10
I.1.3 Evolución de las cimentaciones superficiales:
En la Arquitectura Griega, hacia el 1.000 a.C, las zapatas, en sus distintas variantes
morfológicas, constituyeron un sistema de cimentación habitual para el apoyo de los
edificios sobre el terreno. Los tres factores fundamentales que determinaron, desde esa
época y hasta el final de la época actual, la evolución de las zapatas fueron:
La disponibilidad de recursos y de medios técnicos: condicionaban la clase del
edificio y, con respecto a las zapatas, la profundidad de su plano de arranque, sus
dimensiones y las fábricas empleadas en su ejecución.
La clase y la importancia de la edificación: condicionaban la solución estructural
(y, en consecuencia, la magnitud, dirección e importancia de las cargas
transmitidas al terreno) y, con respecto a las zapatas, solían influir sobre la
profundidad de su plano de arranque, sus dimensiones y las fábricas empleadas
en su ejecución.
Las características geotécnicas de los terrenos presentes en cada ubicación:
solían condicionar la profundidad del plano de arranque de las zapatas y
determinaban el origen y el desarrollo de las soluciones constructivas aplicadas a
la ejecución de las mismas.
Por regla general, las zapatas construidas antes de la caída del Imperio Romano
resultaban estables, debido a:
El apoyo sobre un sustrato rocoso o sobre un terreno resistente o mejorado.
No parece que existieran unas reglas específicas para el dimensionado de las
zapatas, pero sus dimensiones en planta estaban condicionadas por la
envergadura del edificio y por la sección transversal de los elementos estructurales
que sustentaban, la cual solía ser considerable.
El vuelo de las zapatas, cuando lo había, se fijaba en función de la clase del edificio
y de la naturaleza del terreno que constituía el plano de apoyo.
Los criterios constructivos solía primar sobre los de índole económica y las zapatas
se construían con materiales y fábricas de buena calidad.
11
Por el contrario, muchas de las zapatas construidas después de la caída del Imperio
Romano resultaban inestables, debido a:
El apoyo sobre un sustrato rocoso o sobre un terreno resistente o mejorado no era
una práctica frecuente, ni siquiera en el caso de las zapatas construidas bajo los
edificios de gran envergadura.
Las dimensiones en planta de las zapatas también dependían (al igual que en las
etapas precedentes) de la sección transversal del elemento estructural que
sustentaban, pero esta sección era, en comparación con la de la época del Imperio
Romano y para la misma clase de edificio, mucho más reducida, principalmente
por razones de índole económica, aunque también lo era por motivos estéticos.
A partir del siglo XV, las dimensiones en planta de las zapatas ya se fijaban con
unas reglas específicas que, salvo contadas excepciones solamente consideraban
la sección transversal del elemento sustentado y, en absoluto, las cargas del
edificio ni la naturaleza del terreno de apoyo,
Las razones de índole económica solían primar sobre los criterios constructivos y
las zapatas se construían con materiales y fábricas de mala calidad.
El anuncio de la recuperación de la losa como sistema de cimentación coincide con el
advenimiento de la Primera Revolución Industrial (a mediados del siglo XVIII), cuando se
descubre la influencia que las dimensiones en planta de los cimientos ejercen sobre los
asientos de la edificación.
Desde, aproximadamente, el 1.000 a.C. hasta la llegada de la Primera Revolución
Industrial, los emparrillados de madera no presentan propiamente una evolución, sino
una gran generalización de su empleo y un notable incremento de sus aplicaciones. Este
incremento se debía a motivos económicos (evitar el pilotaje), constructivos (regularizar
y nivelar el plano de arranque de las fábricas en los terrenos blandos; crear recintos para
construir en seco las cimentaciones bajo el agua) y mecánicos (atar las fábricas;
repartirlas cargas sobre un elemento capaz de contrarrestar tracciones). (Gamallo, 1997)6
6 Gamallo, Ana María García. La evolución de las cimentaciones en la historia de la Arquitectura, desde la
Prehistoria hasta LA Primera Revolución Industrial. Madrid, 1997
12
I.1.4 Causas de los desperfectos en las cimentaciones y sus daños asociados:
Usualmente la cimentación es lo último que se diseña y lo primero que se construye,
contando muchas veces con un lapso de tiempo muy limitado, es por eso que en
ocaciones se le resta importancia a este diseño y se violan una serie de pasos e
investigaciones ingeniero-geológicas que son imprescindibles en el correcto
funcionamiento de la estructura y que luego repercuten en afectaciones más
signigicativas.
Los daños que están asociados a movimientos que se producen en la estructura después
de haber fallado la cimentación, bien sea por asientos diferenciales o por deslizamientos,
pueden agruparse de la siguiente forma:
Movimientos de borde.
– Descenso del testero o lado del edificio
– Descenso de esquina
Movimientos internos: Las afectaciones se producen en las zonas centrales de las
fachadas, en columnas localizadas o en muros de carga.
– Arcos de descarga
– Descenso de columnas
Movimientos generalizados:
– Deformación convexa
– Deformación cóncava.
Giros y desplomes.
– Giros de edificios exentos
– Giros de muros de carga
– Giros de elementos adosados
13
Cabe destacar que pueden existir otros tipos mixtos, formados por combinación de varios
o movimientos complejos o múltiples, con características tridimensionales que suelen
requerir de un análisis muy detallado.
Figura 4. Afectaciones producidas por descenso de esquina
Figura 5. Afectaciones producidas por arcos de descarga cóncavos y convexos.
Existen diversas causas que originan estos desperfectos en las cimentaciones, estas las
podemos dividir en causas intrínsecas y causas extrínsecas.
Dentro de las causas intrínsecas encontramos:
Arcillas secas semisaturadas, algunas expansivas, con un alto potencial de cambio
de volumen por aumento de humedad.
14
Suelos propensos al colapso, especialmente rellenos mal compactados (en estos
dos tipos de suelos el agua es el elemento desencadenante).
Por arrastres o socavaciones.
Lavado y disolución del suelo.
Ataque de aguas agresivas al cemento.
Hundimiento del techo de cavernas, especialmente en zonas cársicas (calizas o
margas yesosas).
Heterogeneidad del suelo o de la parte estructural de la cimentación.
Asientos diferenciales excesivos.
Inestabilidad del suelo en lados o bordes barrancos o laderas inestables.
Agotamiento de la capacidad soportante del suelo (fallos por hundimiento).
Empujes laterales no previstos.
Rozamiento negativo en pilotes.
Proyecto deficiente de la cimentación, cimentaciones excéntricas.
Ejecución incorrecta de la cimentación por el material o la mano de obra.
Deficiencias en el estudio geotécnico.
Causas extrínsecas:
Excavaciones próximas a cielo abierto, aún entibadas.
Rellenos próximos.
Excavaciones subterráneas, subsidencias.
Descenso del nivel freático.
Sobrecarga en pilotes por rozamiento negativo.
Empujes en los pilotes.
Erosión interna.
15
Vibraciones de todo tipo.
Hinca de pilotes.
Deslizamientos y desprendimientos de tierra o de roca.
Estos desperfectos, se manifiestan corrientemente como grietas o desplomes de las
estructuras que soportan las cimentaciones afectadas, y las de las construcciones
próximas.
I.2 Principios de diseño de las cimentaciones superficiales aisladas rectangulares
de hormigón armado:
El sistema suelo-estructura se genera como resultado de la interacción entre el miembro
estructural y el terreno en el que se apoya, por lo tanto resulta imprescindible relacionar
de forma conjunta el aspecto geotécnico y estructural y verlo como un todo. En el diseño
de los cimientos se debe tener en cuenta los resultados de las investigaciones ingeniero-
geológicas, hidrológicas y condiciones climatológicas de la zona de construcción, la
experiencia que se posea en condiciones ingeniero geológicas análogas, las
características de las edificaciones, su estructura, las cargas que actúan sobre los
cimientos, las condiciones locales de la zona de construcción y las características tenso-
deformaciones de la base de cimentaciones que, en función del tipo de suelo y el estado
de tensiones actuante, determinaran el método de cálculo de las deformaciones a
emplear.
Este diseño debe satisfacer adecuadamente varios requisitos, derivados de su definición
como elementos estructural que sirve de transición entre la superestructura y la base,
debiendo garantizar la trasmisión de las cargas de forma tal que no se produzca la rotura
de la base, ni que esta se deforme tanto que dañe elementos de la superestructura
soportados, y tener una profundidad de cimentación que no se produzcan fenómenos
indeseables como la socavación, subpresiones y otros que dañen la base o la propia
cimentación, siendo finalmente el mismo un elemento autoportante desde el punto de
vista estructural. (Chagoyén , Negrín , Cabrera, López, & Padrón, 2009)7
7 Chagoyén, E; Negrín, A.; Cabrera, M; López, L; Padrón, Diseño Óptimo de Cimentaciones Superficiales
Rectangulares. Formulación. Revista de La Construcción, 2009
16
Durante el diseño de cimentaciones superficiales es necesario llegar a determinar el área
de la cimentación a partir de los aspectos geotécnicos, para lo cual será necesario
garantizar que exista la seguridad adecuada contra la falla por capacidad de carga del
suelo y que las deformaciones que se produzcan no dañen a la estructura. Determinada
el área de la base se puede pasar a diseñar estructuralmente el cimiento a partir de la
distribución de presiones de contacto que se asuma para el mismo, garantizando que el
peralto del cimiento sea capaz como mínimo, de soportar las solicitaciones de
punzonamiento y cortante que se generen y que además se coloque el refuerzo necesario
para tomar las tracciones que surgen en la cara inferior de la base del cimiento y la
posibles tracciones que aparezcan en la cara superior del mismo.
I.2.1 Caracterización histórica del proceso de diseño de cimentaciones
superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado:
Desde finales del siglo XIX, Geólogos e Ingenieros Civiles buscaron la manera de hacer
un pronóstico de la capacidad soportante de los suelos sobre la base de sus parámetros
de resistencia c y φ que desde 1776 encontró el francés Charles Auguste Coulomb para
definir la resistencia al cortante de los suelos. No es hasta el 1857 que el escocés W. J.
M. Rankine obtiene fórmulas para calcular los empujes de tierra sobre la base de esos
parámetros. En el año 1920 es cuando el alemán L. Prandtl obtiene la expresión(1) para
cimentaciones sobre terrenos horizontales formados por arcillas saturadas no
preconsolidadas y en las que su resistencia al cortante se debe exclusivamente a la
cohesión (φ = 0°), siendo esta la base de todas las teorías de capacidad de carga que se
han desarrollado posteriormente.
𝑞𝑐 = (𝜋 + 2)𝑐 = 5.14𝑐 (1)
Donde:
𝑐 : cohesión
El campo de acción de la expresión anterior lo amplía en 1949 R. Hill permitiendo que el
terreno no sea horizontal. Aunque la primera expresión, que con suficiente rigor para su
época, permite pronosticar con suficiente exactitud la capacidad soportante de los suelos,
17
la brinda el praguense Karl Terzaghi (2), llamado por muchos “el padre de la Mecánica
de Suelos”. (Gras, 2001)8
𝑞𝑐 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝛾𝐷𝑓𝑁𝑞 + 1 2⁄ 𝛾𝐵𝑁𝛾 (2)
Donde:
𝑁𝛾, 𝑁𝑐, 𝑁𝑞: Factores de la capacidad de carga, que están en función de *
𝐷𝑓: profundidad de desplante
𝐵: lado menor efectivo de la cimentación entre b’ y l’
𝛾: peso volumétrico
El término c (cohesión) representa el aporte que le brinda la cohesión del suelo a su
capacidad soportante, el término q (sobrecarga) representa el aporte que le brinda la
sobrecarga existente al nivel de la solera del cimiento a su capacidad soportante y el
término γ (peso volumétrico) representa el aporte que le brinda el peso volumétrico del
suelo a su capacidad soportante. El efecto de la fricción * está presente en los tres
términos.
Terzaghi luego brinda una expresión más simple para el caso de que el tipo de suelo sea
cohesivo puro. En el año 1951 el inglés Skempton le introduce a esta expresión
simplificada, el efecto de la profundidad de cimentación dentro del estrato resistente,
modificando el valor del término N c en función de D/B. Siendo luego el canadiense
Geoffrey G. Meyerhof el que establece toda una serie de modificaciones que
prácticamente no deja ningún cabo suelto en el problema de la capacidad soportante de
los suelos. Haciéndole una pequeña modificación a las hipótesis iniciales de Terzaghi
llega a igual fórmula, pero en la que solamente cambia el valor de por:
𝑁𝑞 = tan2(45 + 𝜑 2⁄ ) 𝑒(2𝜋 180⁄ )(90+𝛽) tan 𝜑 (3)
Donde:
𝜑: ángulo de fricción
8 Gras, Tomás R. de la Torre. Apuntes para una Maestría, 2001
18
Brinch Hansen en 1970 propone una expresión similar a la de Meyerhof, en la que le
incorpora cuatro coeficientes a cada uno de los tres términos y en los que toma en cuenta
los siguientes aspectos que influyen en la capacidad soportante:
Rectangularidad
Profundidad
Inclinación de la resultante
Inclinación de la superficie del terreno
De este modo, para los suelos en que el valor de ≠ 0 queda la ecuación que
actualmente utilizamos en la NC: 1 2007:
𝑞𝑐 = 𝑐𝑁𝑐𝑠𝑐𝑑𝑐𝑖𝑐𝑔𝑐 + 𝛾1𝐷𝑓𝑁𝑞𝑠𝑞𝑑𝑞𝑖𝑞𝑔𝑞 + 1 2⁄ 𝛾2𝐵𝑁𝛾𝑠𝛾𝑑𝛾𝑖𝛾𝑔𝛾 (4)
Donde:
𝑠𝛾 , 𝑠𝑞, 𝑠𝑐: factores de corrección debido al efecto de la forma del cimiento
𝑖𝛾 , 𝑖𝑐 , 𝑖𝑞: factores de inclinación de la carga actuante
𝑑𝛾, 𝑑𝑐, 𝑑𝑞: factores que valoran el efecto de la profundidad a la cual se ha
desplantado la cimentación
𝑔𝛾 , 𝑔𝑐, 𝑔𝑞: factores de inclinación del terreno
𝛾2 : peso específico de cálculo por debajo del nivel de cimentación, hasta una
profundidad 1.5 B
I.2.2 Diseño geotécnico:
El comportamiento del suelo es determinante en el buen o mal funcionamiento de los
cimientos y estructuras y, por lo tanto debe considerarse como parte integrante esencial
en el diseño. Con este diseño geotécnico se garantiza que los estados tensionales que
se generan en la masa de suelo, producto fundamentalmente de cargas externas, no
sobrepasen su capacidad resistente, ni provoquen deformaciones en la masa del suelo
que sean perjudiciales a la estructura que soporta. Este debe abarcar como requisitos
fundamentales:
19
1. Que la cimentación tenga un adecuado factor de seguridad al vuelco.
𝐹. 𝑆𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 =𝑀𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
𝑀𝑑𝑒𝑠𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠≥ 1.5 (5)
Donde:
𝑀𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠: la sumatoria de los momentos de todas las fuerzas, con sus valores
característicos, que se oponen al vuelco de la cimentación con respecto a la
esquina del mismo
𝑀𝑑𝑒𝑠𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠: la sumatoria de los momentos de todas las fuerzas, con sus
valores característicos, que provocan el vuelco de la cimentación con respecto a
la esquina del mismo
2. Que la cimentación tenga un adecuado factor de seguridad al deslizamiento.
𝐻∗ ≤ 𝑁∗ tan 𝜑∗ + 0.75𝑏′𝑙′𝑐∗ (6)
Donde:
𝐻∗: carga horizontal de cálculo
𝑁∗: carga vertical resultante de todas las solicitudes a nivel de cimentación de
cálculo
𝜑∗: Ángulo de fricción interna de cálculo
𝑏′: porción que ejerce presión en la dirección de b: lado efectivo en b
𝑙′: porción que ejerce presión en la dirección de l: lado efectivo en l
𝑐∗: cohesión de cálculo
3. Que la cimentación tenga un adecuado factor de seguridad a la falla por capacidad
de carga.
Capacidad de Carga: Capacidad del suelo de la base de soportar la acción de las cargas
sin que se produzcan fallas generales por resistencia a cortante dentro de la masa de
suelo. (Oficina Nacional de Normalización, 2007)9
9 Oficina Nacional de Normalización. Geotecnia. Norma para el diseño. La Habana, 2007
20
Debe cumplirse que la presión actuante sobre el terreno debido a las cargas impuestas
por la estructura sea menor que la capacidad de carga del suelo donde se desplantó la
misma.
𝑁∗ ≤ 𝑄𝑏𝑡∗ (7)
𝑄𝑏𝑡∗ = 𝑏𝑐′𝑙𝑐′ (𝑞𝑏𝑟∗−𝑞′∗
𝛾𝑠+ 𝑞′∗
) (8)
Donde:
𝑄𝑏𝑡∗: carga bruta de trabajo resistente a la estabilidad de la base de la cimentación
𝑞𝑏𝑟∗: presión bruta de rotura resistente a la estabilidad de la base de la
cimentación
𝑞′∗: presión efectiva a nivel de cimentación alrededor del cimiento (sobrecarga)
𝛾𝑠: coeficiente de seguridad adicional
Estos tres primeros requisitos a su vez se agrupan bajo el Diseño por Estabilidad o Primer
Estado Límite que no es más que el estado donde se garantiza el no fallo parcial o total
de la estructura. En este estado se diseña para lograr la resistencia y estabilidad de la
estructura, con los valores de cálculo. En el mismo se introducen coeficientes parciales
de seguridad para las cargas y las propiedades de los suelos. (Virginia & Quevedo
Sotolongo, 2007)10
Un cimiento es estable cuando no está en movimiento con respecto al suelo, es decir que
su velocidad relativa con respecto al suelo es cero. Será más estable cuando las fuerzas
resistentes sean mayores que las actuantes.
4. Que la base bajo la cimentación no se deforme tanto que intervenga en la
funcionabilidad de la obra.
𝐴𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 ≤ 𝐴𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 (9)
𝐴𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 ≤ 𝐴𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 (10)
10 Virginia, González Cueto; Quevedo Sotolongo, Gilberto. Aplicación de la teoría de seguridad al diseño de
cimentaciones en arenas. Chequeo de linealidad, Santa Clara, 2007
21
Este criterio está relacionado con el diseño por Deformación o Segundo Estado Límite o
Estado Límite de Servicio, siendo este en el que se garantizan todas las condiciones que
puedan afectar la funcionalidad de la estructura. Se chequean factores como las
deformaciones totales y diferenciales, en el caso de los suelos, así como la figuración,
para elementos de hormigón armado, con los valores de servicio. (Virginia & Quevedo
Sotolongo, 2007)11
El objetivo del criterio es que los desplazamientos alcanzados por la estructura durante
su vida útil no desfiguren o dañen la misma. Para ello se deben comparar los asientos
límites o permisibles que puede tener la estructura con los asientos que se pronostican
para la misma.
5. Que la cimentación tenga una profundidad de cimentación tal, que la haga segura
ante fenómenos indeseables como la socavación, subpresiones, etc.
Este requisito tiene carácter general y debe ser satisfecho en todos los casos, pues, son
muchas las razones que determinan lo importante que significa dar una correcta
profundidad a las cimentaciones, a continuación se describen algunas de estas:
Garantiza el equilibrio físico ante la acción de las cargas externas, por
consiguiente un cimiento empotrado correctamente, será difícil de desplazar.
Garantiza la correlación suelo-estructura, ya que la profundidad de cimentación
tiene que llegar al estrato resistente, para que se disipen las cargas transmitidas
de la estructura.
Cuando se construye sobre arcillas expansivas, dar a una cimentación la
profundidad que corresponde, permitirá compensar presiones de hinchamiento lo
que evitará los movimientos verticales producidos por la contracción y el
hinchamiento de las arcillas.
Las particularidades de los suelos y de las cargas actuantes en Cuba, en especial la
carga de viento extremo hace que los conceptos internacionales en cuanto al
establecimiento del criterio que rige el diseño del área de la base de las cimentaciones
11 Virginia, González Cueto; Quevedo Sotolongo, Gilberto. Aplicación de la teoría de seguridad al diseño de
cimentaciones en arenas. Chequeo de linealidad, Santa Clara, 2007
22
superficiales no se puedan aplicar de forma general y por ello se hace necesario contar
con un manual de diseño que cuente con los aspectos necesarios para realizar este con
las características propias del país, es por esto que Cuba se rige por la NC 1: 2007
“Propuesta de Norma para el diseño geotécnico de cimentaciones superficiales” para
realizarlo.
I.2.3 Diseño estructural:
El diseño estructural se realiza a partir de un adecuado balance entre las funciones
propias que la estructura puede cumplir, a partir de sus características naturales
específicas y sus capacidades. De acuerdo a este criterio se determinan: peralto del plato,
refuerzo de acero y calidad del mismo, resistencia del hormigón. Este se realizará
tomando como base las cargas de la superestructura al tramo donde está apoyada.
Este debe abarcar como requisitos fundamentales
Adecuada resistencia del hormigón y el acero a emplear
Adecuado espesor del plato
Adecuadas cuantías y posición del refuerzo del plato y del pedestal o vaso.
Adecuadas dimensiones del pedestal o vaso.
El espesor del plato se fijará de una de las condiciones que resulte crítica entre las
siguientes:
Resistencia al punzonamiento.
𝜏𝑝𝑧 ≤ 𝜑 ⋅ 𝑅𝑝𝑧 (11)
Donde:
𝑅𝑝𝑧: es la resistencia de cálculo del hormigón a cortante por punzonamiento
𝜏𝑝𝑧: son los esfuerzos cortantes de cálculo originados por punzonamiento en la
sección crítica, debidos a las cargas actuantes.
𝜑: coeficiente de minoración
23
Es la resistencia que realiza un elemento bidireccional de hormigón al ser punzoneado
por una carga localizada que descansa sobre él, el elemento de hormigón, en este caso
el plato, tiene que resistir esfuerzos tangenciales originados por la carga localizada de la
columna o pedestal.
Si el plato no es resistente al punzonamiento, el fallo alrededor de la columna o pedestal
será troncocónica o troncopiramidal. La superficie de rotura, que abarca el perímetro que
se apoya en el plato, desciende con un ángulo entre 30 y 45 grados.
Figura 6: Fallo por Punzonamiento
Falla por aplastamiento o compresión local.
𝑁𝑢 ≤ 𝜑 𝑁𝑐′ (12)
Donde:
𝑁𝑢: fuerza actuante de cálculo trasmitida por el muro, pedestal o columna.
𝑁𝑐′ : valor de cálculo de la fuerza concentrada de compresión, que puede soportar por
aplastamiento el hormigón en una superficie restringida, supuestamente plana,
para una distribución uniforme de la presión.
𝜑: factor de reducción de la resistencia nominal.
24
La compresión local se produce debido al cambio de sección entre la columna o
pedestal y el cimiento, puede producirse en esa superficie de contacto la falla por
compresión en el hormigón, llamada también falla por aplastamiento.
Resistencia a la flexión
𝑀𝑢𝐿 ≤ 𝜑 𝑀𝑐𝑟𝐿 (13)
𝑀𝑢𝐵 ≤ 𝜑 𝑀𝑐𝑟𝐵 (14)
Donde:
𝑀𝑢𝐿, 𝑀𝑢𝐵: momentos flectores últimos provocados por la acción de las cargas
actuantes en la sección crítica
𝑀𝑐𝑟𝐿, 𝑀𝑐𝑟𝐵: momentos de fisuración a flexión
Es la resistencia que realiza la sección del plato a ser flexada, por la acción de la carga
resultante entre la carga bruta del suelo y la carga de relleno que carga el vuelo del plato.
Esta flexión genera en la sección una zona comprimida, que trabaja cómoda pues el
hormigón resiste bien las compresiones y una traicionada, que es más débil y que será
preciso reforzar con acero.
Es importante destacar que en función del sentido de la carga resultante se tendrá flexión
negativa y flexión positiva, la última es la que siempre se calcula y dispone en la cara
inferior del plato que está en contacto directo con el suelo y la primera es la que se revisa
y recalcula el peralto del plato para no tener que armar el plato por la cara superior, sólo
en caso excepcionales se coloca refuerzo por la cara superior.
Figura 7. Fallo por flexión
25
El diseño estructural de cimentaciones superficiales en Cuba se realiza teniendo en
cuenta la NC-53-039:02 CAPÍTULO 15, en este se establecen las especificaciones,
métodos, formularios y recomendaciones necesarios para el correcto diseño.
Es importante tener en cuenta que el primer diseño condiciona al segundo, o sea, la
elección del tipo de distribución de presiones para el diseño estructural está en función
de los resultados del diseño geotécnico, lo que evidencia la continuidad que debe existir
entre el diseño geotécnico y estructural de la cimentación, como elemento único.
(Chagoyén & Broche, 2002)12
I.3 Uso de herramientas computacionales en el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado:
En la actualidad la humanidad está siendo testigo de una época de grandes avances
tecnológicos. A lo largo de todo este desarrollo la búsqueda de un eficiente manejo de la
información ha sido objetivo primordial, encontrando así la manera de facilitar el trabajo
humano y darle respuesta a muchas de sus necesidades. Aquí juegan un papel
determinante las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC). El sector de
la construcción ha sido un vivo ejemplo de lo antes planteado, el diseño, almacenamiento
y gestión de toda la información generada en obras y proyectos con la mayor calidad y
rapidez posible se hace de vital importancia, es por esto que se ha visto un mayor vínculo
entre ambas ciencias: informática y construcción. Realizar este tipo de procesos requiere
de un gran esfuerzo y precisión, sin embargo, un elevado número de empresas
constructoras realizan estas actividades utilizando métodos tradicionales que ya resultan
poco efectivos. Esto trae como consecuencia que los mismos se realicen de forma
engorrosa, obteniéndose al final resultados poco productivos y un bajo rendimiento en
esta área de la institución.
A continuación se identifican y describen una serie de sistemas automatizados
existentes para el diseño de cimentaciones y se citan las características más
específicas de cada uno de ellos.
12 Chagoyén, M.; Broche, L. Diseño Estructural de Cimentaciones. Propuesta de Norma no publicada Ministerio de
la Construcción. Ciudad Habana, 2002
26
Cálculo de Cimentaciones: es un programa informático que predimensiona y
calcula zapatas de hormigón armado con criterios de la Normativa Española EHE.
El programa permite el cálculo tanto de zapatas aisladas como de zapatas
combinadas de medianería. El proceso lo realiza de una manera secuencial, de
forma que facilita la labor del usuario, complementado con botones de ayuda a lo
largo del proceso. Al principio hay que introducir unos datos comunes para todas
las zapatas y más tarde ya se opta por el tipo de zapata que se quiera calcular.
Figura 8. Software Cálculo de Cimentaciones
DISCI 1.0 (Daniel Guerrero Naranjo - 2008 - Colombia): Es una herramienta
software que permite el diseño estructural de algunas cimentaciones superficiales
de concreto reforzado según el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo
Resistente. Con la ayuda de este programa se pueden realizar el análisis y diseño
estructural bajo el método de cimentaciones rígidas, de zapatas céntricas, de
zapatas excéntricas con viga de contrapeso, zapatas sometidas a doble
excentricidad con vigas de contrapeso, zapatas combinadas y zapatas corridas
con voladizo.
27
Figura 9. Herramienta para el diseño de cimentaciones DISCI 1.0
Predimensionado de varios elementos estructurales (Jorge Martín -(20/12/08) -
España): Este libro EXCEL está pensado para realizar una primera aproximación
a la geometría (cantos y luces) de algunos elementos estructurales típicos de
edificios: forjados unidireccionales, losas y forjados reticulares, losas de
cimentación, pilares y cerchas.
Figura 10. Libro EXCEL Predimensionado de varios elementos estructurales
GEO5 (fine): Este programa se utiliza para diseñar zapatas sometidas a una carga
general. Se calcula la capacidad portante vertical y horizontal, el asentamiento, la
rotación de la base, y determina el refuerzo longitudinal y el corte requerido
(perforación). El análisis de verificación puede ser llevado a cabo utilizando EN
1997-1, LRFD o el método clásico (Estados Límite, Factor de Seguridad).
28
Figura 11. Programa para el diseño de zapatas GEO5
Hoja de cálculo para el diseño geotécnico y estructural de una cimentación
superficial aislada (Ing. Iván A. Fillad Crespo e Ing. Orlando D. Rodríguez
González - Cuba): Consiste en una hoja EXCEL para el diseño de cimentaciones,
para este se utilizan los criterios de los estados límites, expuestos en la propuesta
de norma cubana para el diseño de cimentaciones superficiales.
Figura 12. Hoja EXCEL para el diseño de cimentaciones
29
I.4 Diagnóstico del estado actual del proceso de diseño de cimentaciones
superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado en la empresa
Arquitectos de la Comunidad
Para constatar el estado actual del proceso de diseño de cimentaciones en la empresa de
Arquitectos de la Comunidad de la provincia de Holguín fue necesario caracterizar al objeto
y campo de la investigación, a través del diagnóstico con la implementación de diferentes
acciones que se describen más adelante. Es importante fundamentar que la elección de
esta empresa para la realización de esta investigación está condicionada debido
principalmente a las limitaciones que presentan los proyectistas a la hora de dar soluciones
rápidas y certeras cuando los factores que intervienen en el diseño de cimentaciones
superficiales aisladas de hormigón armado difieren de los que comúnmente se aprecian
en su actuar cotidiano.
I.4.1 Acciones implementadas para el diagnóstico
El diagnóstico empírico del objeto y el campo de la investigación requirió de la
implementación de un sistema de acciones:
Análisis de los documentos:
- NC 1:2007 Geotecnia. Norma para el diseño geotécnico de cimentaciones
superficiales.
- Valoración de los criterios que predominan en el diseño geotécnico de
cimentaciones superficiales según la Norma Cubana de la Dra. Ana Virginia
González-Cueto Vila y el Dr. Cs. Gilberto Quevedo Sotolongo, Universidad
Central de Las Villas.
- Decreto 327:2014 Reglamento del Proceso Inversionista en Cuba
- NC-53-039:02 CAPÍTULO 15. Diseño Estructural de Cimentaciones
Superficiales
- Tablas confeccionadas por varios proyectistas en Microsoft Excel
- Norma Cubana 207: 2003. Requisitos generales para el diseño y construcción
de estructuras de hormigón.
30
- NC 250: 2005. Requisitos de durabilidad para el diseño y construcción de
edificaciones y obras civiles de hormigón estructural.
Encuestas aplicadas a los proyectistas de la empresa Arquitectos de la Comunidad
de la provincia Holguín.
Entrevistas aplicadas a los profesores del Departamento de Construcciones de la
Universidad de Holguín.
I.4.2 Análisis de los resultados obtenidos
El análisis realizado luego, de las acciones implementadas antes mencionadas permitió
constatar que:
Los proyectistas de la empresa Arquitectos de la Comunidad utilizan modelos
prediseñados que están limitados a ciertos y determinados factores de diseño,
donde en muchas ocasiones se subestima las características físico-mecánicas del
suelo.
El proceso de diseño de las soluciones de cimentaciones se realiza de forma
manual y en ocasiones se emplean tablas confeccionadas en Excel por los propios
proyectistas.
Obsolescencia y dispersión de las herramientas que utilizan como apoyo en el
diseño de estos elementos. (Diversas herramientas en sistema operativo MS-
DOS, no están acordes con los criterios de diseño actuales, etc.)
El proceso iterativo de comprobación de los criterios de diseño es realizado de
forma manual y en ocasiones con ayuda de hojas electrónicas, donde se advierte
la posibilidad de cometer errores por lo engorroso que resulta este proceso.
La flexibilidad de los proyectistas a la hora de ofrecer más de una solución posible
se limita debido a lo demorado que resulta la repetición de la metodología de
trabajo cuando se varían los factores fundamentales que intervienen en el diseño.
31
Conclusiones del capítulo
A manera de conclusión del capítulo, el autor considera pertinente, subrayar las
cuestiones siguientes:
El análisis histórico realizado en torno al objeto y campo de la investigación evidenció
que el proceso de diseño de cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado
presenta dificultades producto a la no consideración de factores de diseño como las
características físico-mecánicas de los suelos y la implementación de metodologías
de trabajo engorrosas que provocan que se obvien procesos de análisis de
importancia. Además existe la limitación que presentan empresas como Arquitectos
de la Comunidad a la hora de dar soluciones técnicas de cimentaciones superficiales
rápidas y certeras ya que las herramientas que utilizan se encuentran dispersas y
muchas son obsoletas atendiendo a las teorías actuales, también se aprecia un
desaprovechamiento de las herramientas computacionales para la automatización de
metodologías de diseño de diversos elementos constructivos.
32
CAPÍTULO II - HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO
AUTOMATIZADO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES AISLADAS
RECTANGULARES DE HORMIGÓN ARMADO
Introducción al capítulo
En el presente capítulo se muestra la caracterización de la herramienta computacional
creada para el diseño automatizado de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares
de hormigón armado, su concepción y metodología de trabajo. Se detallan sus partes
componentes y las ventajas que brinda, así como las acciones implementadas para la
validación de su factibilidad de uso y resultados obtenidos.
II.1 Características generales de la herramienta
Para el desarrollo de la herramienta se decidió utilizar tecnologías libres (software libre)
por las bondades que estas brindan: la libertad de ejecutar el programa para cualquier
propósito, la libertad de estudiar cómo trabaja el programa, y modificarlo según sus
intereses, la libertad de redistribuir copias para que pueda ayudar al prójimo y la libertad
de mejorar el programa, así como publicar sus mejoras, y versiones modificadas en
general, para que se beneficie toda la comunidad. (GNU, 2017)13
Como tecnología principal de desarrollo se utilizó Odoo, que es un sistema de código
abierto actualmente producido por la empresa belga Odoo S.A. No requiere ningún pago
de licencias para ser utilizado, a diferencia de los softwares más usados del mercado. Esto
también implica que, mientras que se respeten los términos de la licencia, la modificación
directa del programa es posible. Otra de las facilidades es que cuenta con un gran número
de aplicaciones o módulos a los que se pueden acceder a través un sitio web que es
nutrido por Odoo así como por la comunidad de desarrolladores en un concepto similar a
las tiendas de aplicaciones de Apple y Google, esto permite que se le puedan incorporar
funcionalidades atractivas a la herramienta de forma sencilla y rápida.
Entre las facilidades que se incluyeron en la herramienta es la posibilidad de tener canales
de comunicación entre los usuarios, lo mismo a través de mensajes, mensajería
13 GNU, 2007
33
instantánea (chats) o foros de discusión, todo esto posibilitará agilización en los trabajos,
fuente de conocimientos y contar con una red social de ingenieros cubanos.
Para lograr un eficiente almacenamiento de los datos se cuenta con PostgreSQL que es
un potente sistema de gestión de bases de datos objeto-relacional, multiusuario,
multiplataforma y diseñado para ambientes de alto volumen. Es ampliamente considerado
como el sistema gestor de bases de datos de código abierto más avanzado del mundo. Lo
que permitirá salvar toda la información generada a través de la herramienta para
posteriores consultas.
Como principal lenguaje de programación se utiliza Python cuya filosofía hace hincapié en
una sintaxis que favorezca un código legible. Se trata de un lenguaje que soporta
orientación a objetos, es interpretado y multiplataforma.
El desarrollo se realizó editando principalmente archivos Python y XML a través de la
herramienta Eclipse, que es un entorno de desarrollo integrado, de código abierto y
multiplataforma; una potente y completa plataforma de programación, desarrollo y
compilación de elementos variados como sitios web o aplicaciones de escritorio.
La herramienta tiene componentes cliente-servidor separados. El servidor se ejecuta
independientemente del cliente y maneja la lógica de negocio y se comunica con la
aplicación de base de datos. El cliente es una aplicación web implementada como un
servidor HTTP que presenta la información a los usuarios y les permite interactuar con el
servidor conectándose mediante un navegador de internet.
II.1.1 Requerimientos para su utilización
Requisitos mínimos de hardware del servidor:
Hasta 20 usuarios concurrentes: CPU de doble núcleo y 2 GB de memoria RAM.
Hasta 100 usuarios concurrentes: CPU de cuatro núcleos y 8 GB de memoria RAM.
Más de 100 usuarios concurrentes: se recomienda separar los servidores de
aplicación y base de datos, cada uno con CPU de ocho núcleos y 32 GB de memoria
RAM.
Requisitos mínimos de software del servidor:
34
Sistemas Operativos: Windows Vista o versiones más recientes. Linux.
PostgreSQL versión 9.0 o superior (incluido en instalador de Odoo para Windows)
Python 2.7 o superior (incluido en instalador de Odoo para Windows)
1 GB de almacenamiento para la instalación
Requisitos mínimos de software del cliente (usuario):
Conexión a internet o red local con acceso al servidor a través de un navegador
web, se recomienda Google Chrome o Mozilla Firefox actualizados o en versiones
recientes.
II.1.2 Instalación
La herramienta al ser multiplataforma puede ser instalada en varios Sistemas Operativos,
a continuación se realiza la explicación de este proceso para el Sistema Operativo
Windows el cual consiste en sencillos pasos:
Una vez verificado que el equipo posea los requisitos mínimos descritos en el sub-epígrafe
II.1.1 se procede a ejecutar el programa de instalación de Odoo odoo_9.0c.20160107.exe
y se selecciona el idioma.
Figura 13. Selección del idioma
En la siguiente ventana se debe seleccionar Siguiente (Next).
Figura 14. Ventana inicial de instalación
35
Acto seguido se deben aceptar los términos de licencia de Odoo (GNU LESSER
GENERAL PUBLIC LICENSE, Versión 3, 29 Junio 2007) a través del botón Estoy de
acuerdo (I Agree).
Figura 15. Ventana de términos de licencia
La siguiente ventana que se muestra permitirá seleccionar los componentes que se
quieren instalar, entre el servidor de Odoo y PostgreSQL. Para una instalación completa,
en caso de no contar con ninguno de los dos previamente instalados, se debe seleccionar
Todo en uno (All in one). Se seleccionará Servidor solamente (Server only) en caso de ya
encontrarse el PostgreSQL. O sencillamente se marcan o desmarcan los componentes
que se requieran. Luego se debe seleccionar Siguiente (Next).
Figura 16. Ventana de selección de componentes
En la ventana que se mostrará se configuran los parámetros de conexión entre el servidor
Odoo y PostgreSQL, se pueden dejar los valores que aparecen por defecto y seleccionar
Siguiente (Next).
36
Figura 17. Ventana de configuración de conexiones
Seguidamente se muestra una ventana en la que selecciona la ubicación donde se quiere
instalar el programa, si se desea se puede cambiar, en lo adelante el autor tomará como
ubicación la siguiente: C:\Program Files (x86)\Odoo 9.0-20160107. Luego se debe
seleccionar Instalar (Install).
Figura 18. Ventana de ubicación de instalación
Figura 19. Ventana de progreso de instalación
37
Una vez completado el progreso de instalación se debe seleccionar Siguiente (Next).
Figura 20. Ventana de fin de progreso de instalación
Seguidamente no se debe realizar ninguna acción en la ventana que se muestra hasta no
haber completado el siguiente paso. Se debe acceder a la carpeta facilitada con este
instalador llamada addons, luego copiar su contenido en la ubicación C:\Program Files
(x86)\Odoo 9.0-20160107\server\openerp\addons. Una vez realizado se puede
seleccionar en la ventana del instalador la opción Iniciar Odoo (Start Odoo) y luego
Finalizar (Finish).
Figura 21. Ventana de fin de instalación e inicio de aplicación
Se debe abrir el navegador automáticamente en la siguiente dirección
http://localhost:8069/web/database/selector, en la página que se muestra se creará la
base de datos de la herramienta. Se debe ingresar el nombre que tendrá, el idioma y la
contraseña de administración de la aplicación. Luego seleccionar Crear base de datos
(Create database).
38
Figura 22. Página de creación de base de datos
Una vez finalizado este proceso se mostrará la página de aplicaciones que tiene el Odoo.
Se debe ingresar en el cuadro de búsqueda el nombre Cimentaciones, este cuadro se
encuentra en la esquina superior derecha. Una vez que se muestre el módulo de
Cimentaciones se selecciona el botón Instalar (Install).
Figura 23. Página de instalación de Cimentaciones
Una vez completados estos pasos ya es posible comenzar a hacer uso de la aplicación.
Cada vez que se quiera iniciar nuevamente la aplicación de debe abrir el navegador,
acceder a la dirección http://localhost:8069/web e ingresar el usuario admin y la contraseña
que se configuró en el paso de creación de la base de datos.
Figura 24. Página de inicio de sesión
39
Aquí cabe destacar que la instalación explicada es para los casos en que se quiera hacer
uso de la aplicación de forma local, es decir en una máquina individual sin necesidad de
estar conectada a una red. En los casos de instalaciones en redes y conexión de varios
usuarios el proceso presenta otra complejidad y se debe realizar con la supervisión de un
especialista.
II.1.3 Interfaz y funcionalidades principales
Cuando el usuario acceda a la dirección web se le mostrará la página de bienvenida que
puede ser configurada por el administrador del sistema.
Figura 25. Página de bienvenida
Además del diseño de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de hormigón
armado el sitio cuenta con diversas funcionalidades atractivas que pueden ser explotadas
por sus usuarios, a estas se puede acceder a través de los menús: Debates, Notas,
Contactos y Sitio Web.
Figura 26. Menús de aplicaciones
40
A través del Sitio web es posible acceder a la funcionalidad del Foro, en donde los
usuarios tendrán acceso directo a temas de discusión y respuestas a sus preguntas.
Figura 27. Foro
El menú Contactos mostrará todos los usuarios registrados en el sistema y su información
básica como correo y teléfonos con el objetivo de facilitar la comunicación.
Figura 28. Contactos
Para facilitar una rápida de comunicación entre los usuarios del sistema se encuentra el
módulo Debates, a través de cual se pueden escribir correos personales o crear canales
de discusión entre usuarios. También incluye un chat para realizar conversaciones
directas.
Figura 29. Comunicación entre usuarios
41
II.1.4 Breve explicación de su uso para el diseño de cimentaciones superficiales
aisladas rectangulares de hormigón armado
Para acceder a la funcionalidad del diseño de cimentaciones superficiales aisladas
rectangulares de hormigón armado se debe seleccionar el menú Cimentaciones, luego
Cimentación superficial rectangular, se mostrará la vista de listado de todos los diseños
que se han registrado en el sistema. En esta vista es posible realizar búsquedas
avanzadas de anteriores registros, para esto se puede escribir el criterio de búsqueda en
la parte superior derecha o seleccionar el Filtro o la opción por la que se quiere Agrupar.
Figura 30. Diseños de cimentación y búsqueda
Para realizar un nuevo diseño se debe seleccionar el botón Crear. Se mostrará una página
en donde se deben ingresar los valores correspondientes. En la parte superior están los
datos generales.
Figura 31. Datos generales del diseño
Luego en la pestaña DATOS DE ENTRADA estos se encontrarán separados por
secciones, la primera de estas es Cargas en el terreno.
Figura 32. Sección de Cargas en el terreno
42
Figura 33. Sección de Características de los materiales
Figura 34. Sección de Condición de trabajo de la base del cimiento y tipo de falla
Figura 35. Sección de Ubicación de la cimentación en el terreno
Figura 36. Sección de Valores de las deformaciones o desplazamientos límites
Figura 37. Sección de Dimensiones
En la sección Dimensiones se ingresan datos que influirán en el correcto funcionamiento
de la aplicación. Estos son Ancho y Largo del pedestal y el Incremento. Cuando el sistema
va a proceder a realizar el diseño toma como valores iniciales del área de la base del
cimiento los ingresados para el pedestal y comienza a incrementarlos según el valor de
Incremento.
43
Figura 38. Sección de Características por estrato
Para añadir nuevos estratos se debe seleccionar Añadir un elemento al final del listado
de estratos, estos se ingresarán en el mismo orden desde el nivel de solera. Se debe
marcar el primero si es relleno. Una vez ingresados los estratos se marcará y pondrá de
color verde de forma automática el que coincida con la base del cimiento.
Finalizada la entrada de datos se debe ir a la pestaña RESULTADOS y seleccionar el
botón CALCULAR RESULTADOS, el sistema realizará el diseño y mostrará los
resultados finales.
Figura 39. Resultados
Bajo los resultados es posible visualizar los pasos que siguió la aplicación para llegar a
estos a través de un Historial de cálculo, en cada línea de este se mostrará el estado por
el que se pasó, el ancho y largo de la base que tomó en el momento, así como valores de
relevancia que se calcularon. Cada vez que se cumpla algunos de los criterios para el
diseño se pondrá la línea en color verde.
44
Figura 40. Historial de cálculo
II.2 Algoritmo general de trabajo de la aplicación
La concepción de una herramienta computacional como medio para favorecer el proceso
de diseño de cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado, que brinde la
posibilidad de valorar varias soluciones a un mismo problema de manera rápida y con
gran exactitud, está originada debido a que como se expresa en el capítulo anterior, las
herramientas para llevar a cabo el diseño de estas estructuras, se encuentran dispersas
y en muchas ocasiones el proceso de cálculo se realiza de forma manual, tornándose
largo y engorroso. En la figura (41) se muestra un flujograma que resume el algoritmo
general de trabajo de la aplicación.
Es necesario aclarar que para el cálculo en el segundo estado límite (Deformación) la
rama que contempla los métodos no lineales no se desarrolló en esta versión de la
aplicación por cuestiones de tiempo, pero al ser una herramienta que puede ser
actualizada y modificada posteriormente, queda abierto el desarrollo de la misma para
posteriores investigaciones. Esto no quiere decir que si no se cumple la condición de
linealidad la herramienta aborte su proceso de cálculo, solo se pierde la posibilidad de
racionalizar el diseño de estos elemntos en suelos friccionantes donde se desaprovecha
la capacidad resistente de los mismos.
45
Figura 41. Flujograma del algoritmo general de trabajo de la aplicación.
46
II.3 Valoración de la factibilidad del uso de la herramienta computacional para el
diseño de cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de hormigón
armado
La valoración de la factibilidad del uso de la herramienta elaborada requirió de la
implementación de acciones investigativas, para verificar que la misma satisface las
expectativas en cuanto a presentación del producto, comodidad en el uso del mismo,
información que proporciona y resultados que arroja. Las potencialidades de esta
herramienta se demuestran a través de su funcionalidad y su aplicación práctica en el
proceso de diseño de cimentaciones superficiales aisladas de hormigón armado.
II.3.1 Acciones implementadas
Con la intencionalidad de evaluar la factibilidad de uso de la herramienta elaborada, se
requirió de la implementación de acciones investigativas, para verificar que la misma
satisface las expectativas en cuanto a un grupo de dimensiones e indicadores
establecidos. Se seleccionaron 12 especialistas de la empresa Arquitectos de la
Comunidad para ser consultados.
Las dimensiones y los indicadores que se tuvieron en cuenta fueron los siguientes:
Dimensiones Indicadores
Estructura y navegación Adecuada estructuración y presentación de los
contenidos
Adecuada Interfaz (entrada de datos, presentación, etc.)
Facilidad de instalación
Análisis y respuesta Rapidez
Precisión de los resultados
Eficacia para favorecer el
diseño
Facilidad de uso
Utilidad práctica
Tabla 1. Dimensiones e indicadores para valorar la factibilidad de la herramienta
Los criterios empleados para la selección de los especialistas fueron en lo fundamental
los siguientes:
Ser un profesional universitario en las especialidades de Ingeniería Civil,
47
Arquitectura o Ingeniería Hidráulica.
Tener una experiencia profesional de 2 o más años.
Haber tenido alguna experiencia en el diseño de cimentaciones superficiales.
Por medio de las encuestas realizadas, se solicitó a los especialistas, que emitieran sus
criterios en relación con los indicadores asumidos, de acuerdo a las calificaciones
cualitativas baja, aceptable o alta.
II.3.2 Resultados obtenidos
Los especialistas que aportan sus criterios poseen conocimiento teórico y experiencia en
el trabajo relacionado con la temática que se aborda. Algunos datos que permiten la
caracterización de estos pueden observarse en la tabla siguiente:
Graduado Grado
Científico Categoría Docente Años de
Experiencia
Ing. Civil Arquitecto
Ing. Hidráulico Dr.C M. Sc PA A I
2 a 5
5 a 10
Más de 10
4 7 1 0 2 1 1 2 1 5 6
Tabla 2. Caracterización de los especialistas consultados
Se consultó a los especialistas, la aplicación propuesta (Anexo 1) recibiéndose
respuestas del 100 % de los mismos. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla
siguiente:
N. Aspectos a valorar Escala en % (nivel de satisfacción)
Alta Aceptable Baja
1 Adecuada estructuración y presentación de los contenidos
92 8
2 Adecuada Interfaz (entrada de datos, presentación, etc.)
100
3 Facilidad de instalación 50 50
4 Rapidez 100
5 Precisión de los resultados 83 17
6 Facilidad de uso 92 8
7 Utilidad práctica 100
Tabla 3. Comportamiento de los criterios valorativos de los especialistas respecto a la
aplicación.
48
Las principales sugerencias dadas por los especialistas fueron:
Valorar la posibilidad de incluir en la aplicación el cálculo de cimentaciones
superficiales aisladas de esquina y de borde.
Ampliar los resultados obtenidos en la aplicación con la clasificación de los suelos
según las características introducidas en los datos de entrada.
Establecer como resultados finales además de la información en modo texto,
información gráfica.
II.3.3 Análisis de los resultados
El análisis de los resultados obtenidos con la consulta realizada a los especialistas, le
permite al autor declarar que la herramienta computacional elaborada resultó evaluada
de pertinente, y que su perfeccionamiento resulta lograble a la luz de las sugerencias
dadas por los profesionales consultados.
Lo expuesto se sustenta en los datos siguientes:
Más del 90% de los especialistas consultados manifiestan estar de acuerdo con la
estructuración y presentación de los contenidos, además de considerar adecuada
la interfaz de la herramienta. Sin embargo diversos especialistas no encontraron
tan intuitiva la estructuración de la herramienta, basándose fundamentalmente en
que utilizaban metodologías de trabajo diferentes, aunque reconocieron la lógica
del procedimiento planteado.
Como aspecto negativo se identificó la complejidad de la instalación de la
herramienta por parte de los especialistas consultados, debido fundamentalmente
a la necesidad de varios programas y funcionalidades en el sistema operativo para
el correcto funcionamiento de la herramienta. De todos modos este aspecto puede
ser solucionado con una adecuada asistencia técnica por parte de los especialistas
en ciencias de la información y las comunicaciones.
En los indicadores pertenecientes a la dimensión análisis y respuesta el 100% de
los especialistas consultados declaran que la rapidez de la herramienta es uno de
los puntos más fuertes y más del 80% plantea que la precisión de los resultados
es adecuada aunque algunos expresan que la información gráfica puede ser
incluida en la herramienta y adaptada a las necesidades concretas de la empresa,
49
lo cual puede ser solucionado con la adecuación de un modelo de plano general
que pueda ser editado dependiendo de las preferencias del usuario.
El 100% de los especialistas manifiestan que la herramienta posee una gran
aplicación práctica, por adaptarse a las condiciones y parámetros actuales de
diseño de cimentaciones superficiales, sobre todo por el ahorro de tiempo que
constituye su empleo.
Las dimensiones e indicadores asumidos para evaluar la factibilidad de uso de la
herramienta para el diseño de cimentaciones aisladas superficiales de base rectangular
de hormigón armado demuestran entre otros aspectos, que el uso de la misma puede
resultar beneficioso, con una gran utilidad práctica fundamentalmente en aquellas
empresas donde no exista una completa especialización en los proyectos de estos
elementos. Además la rapidez con la que se puede llegar a diversas soluciones favorece
en gran medida la versatilidad de las empresas del territorio así como su competitividad.
Conclusiones del capítulo
A manera de conclusiones se plantea que:
Se demostró el funcionamiento de la herramienta, así como sus potencialidades
para favorecer el proceso de diseño de cimentaciones superficiales aisladas de
hormigón armado, principalmente en las empresas con una estructura organizativa
pequeña cuyo objeto social fundamental es la prestación de servicios técnicos a
la población, como es el caso de Arquitectos de la Comunidad.
La estructuración y concepción de la herramienta, aporte de esta investigación,
recibieron una crítica positiva por parte de los especialistas que interactuaron con
la misma, además de las distintas recomendaciones que pueden ayudar a
perfeccionarla; constatando la pertinencia de la misma.
50
CONCLUSIONES GENERALES
Al término de la investigación se arribó a las conclusiones siguientes:
El aprovechamiento de las potencialidades de las herramientas computacionales
se ve limitado en el sector empresarial del territorio, específicamente en la
empresa Arquitectos de la Comunidad, debido a que el diseño de cimentaciones
se hace generalmente de forma manual, haciendo que la metodología de trabajo
resulte engorrosas.
La rapidez con la que se puede interactuar con los principales factores que
intervienen en el diseño de cimentaciones aisladas superficiales de base
rectangular de hormigón armado, a través de la herramienta creada, posibilita
realizar el proceso de análisis y revisión de estos elementos con poco esfuerzo
La herramienta creada, según el criterio de especialistas, presenta una buena
lógica de procedimiento y presentación de los contenidos, siendo lo más
importante la clara utilidad práctica, fundamentalmente en empresas que carezcan
de personal técnico con pleno dominio de esta temática.
51
RECOMENDACIONES
Implementar la herramienta computacional creada en el sector empresarial, para
evaluar así, a largo plazo, la adquisición de conocimientos y la motivación por parte
de los ingenieros y especialistas.
Fomentar el uso de herramientas computacionales, para favorecer el diseño
cimentaciones, no solo las superficiales, sino también las cimentaciones profundas
(pilotes), además de otros objetos estructurales.
Perfeccionar la herramienta aporte de esta investigación, en función de las
necesidades e intereses de los usuarios, a medida que se presenten nuevos casos
de estudio o se incorporen nuevos módulos a la misma, prestando fundamental
atención a la obtención de la información gráfica (planos).
BIBLIOGRAFÍA
Andalia, L. R., D. R., & Pupo, D. J. (2005). La Informática, la Computación y la Ciencia de la
Información: una alianza para el desarrollo. Acimed.
Arias, Y. C. (2012). Elaboración de un Software para el diseño de cimentaciones superficiales
bsado en la NSR-10. Santander.
Arriaga, V. D. (2013). Procedimiento constructivo de Losa de Cimentación. Veracruz.
CHAGOYÉN, E., NEGRÍN, A., CABRERA, M., LÓPEZ, L., & PADRÓN, N. (2009). Diseño
Óptimo de Cimentaciones Superficiales Rectangulares. Formulación. Revista de La
Construcción.
Chagoyén, M., & Broche, L. (2002). Diseño Estructural de Cimentaciones. Propuesta de Norma
no publicada. Ciudad Habana, Habana, Cuba: Ministerio de la Construcción.
-Cueetto, A. V., & Quevedo Sotolongo, G. (2006). Valorción de los criterios que predominan en
el diseño geotécnico de cimentaciones superficiales sugún la Norma Cubana. Santa
Clara.
Das, B. M. (2001). Principios de Ingeniería de cimentaciones (Cuarta ed.). Mexico, D.F.:
International Thomson Editores.
Delgado, P. H. (2014). Diseño alternativo de cimentaciones superficiales por estado límite.
Revista de Arquitectura e Ingeniería.
Duc, T. D. (2010). Manual de diseño geotécnico de cimentaciones superficiales. Santa Clara.
Duque, R. G. (2013). Python para todos. Valencia.
Eclipse Foundation. (s.f.). Eclipse IDE for Java EE Developers. Obtenido de eclipse.org:
http://www.eclipse.org
Gamallo, A. M. (1997). La evolución de las cimentaciones en la historia de la Arquitectura,
desde la Prehistoria hasta LA Primera Revolución Industrial. Madrid.
García-Elías, A., Aguilar-Meléndez, A., Cordova, A., Antonio, C., Leyton, J., Hernández-
Romero, I., & Laguna-Camacho, J. (2014). Aspectos geotécnicos relevantes para el
diseño de la cimentación de una nave industrial en Poza Rica,Veracruz. Revista
Iberoamericana de Ciencias .
Garza Vasquez, L. (2000). Diseño y construcción de cimentaciones. Medellín.
GNU. (2017). GNU Web Site. Retrieved from http://www.gnu.org/philosophy/free-sw.es.html
Gras, T. R. (2001). Apuntes para una Maestria.
Hernández, H. (2012). La Habana.
Montoya, J. (2012). Cimentaciones. Mérida.
Oficina Nacional de Normalización. (2007). GEOTECNIA. NORMA PARA EL DISEÑO. La
Habana.
pgAdmin. (s.f.). pgAdmin PostgreSQL Tools. Obtenido de pgadmin.org: http://www.pgadmin.org
Quevedo Sotolongo, G., Ibañez Mora, L., & González Vila, A. V. (2011). Experiencia cubana en
la utilización del Método de los Estados Límites y los Métodos Probabilísticos en
elDiseño Geotécnico. Santa Clara.
Virginia, G. C., & Quevedo Sotolongo, G. (2007). Aplicación de la teoría de seguridad al diseño
de cimentaciones en arenas. Chequeo de linealidad. Santa Clara.
ANEXOS
Anexo 1. ENCUESTA A ESPECIALISTAS
Proporcionar una solución para el diseño de cimentaciones superficiales aisladas de
hormigón armado es de gran importancia en la actualidad. Este tipo de cimentación
constituye una solución más racional, fundamentalmente en estructuras de esqueleto. La
solución de la problemática declarada se abordó desde la creación de una herramienta
computacional para el diseño de cimentaciones superficiales aisladas de hormigón
armado, que responde a las necesidades actuales de las empresas en el territorio. La
misma se desarrolló a partir de tecnologías de software libre.
Las empresas de ingeniería y diseño en el territorio juegan un papel fundamental y de alta
responsabilidad dentro del proceso inversionista cubano. En la actualidad se puede
apreciar en diversas entidades, principalmente en empresas cuyo objeto social
fundamental es la prestación de servicios de proyecto a la población, la utilización de
modelos prediseñados de estas cimentaciones que no tienen en cuenta los diversos
factores, trayendo consigo defectos, específicamente en el diseño y concepción de este
objeto de obras.
En este sentido, y habiéndose diagnosticado algunas insuficiencias que pueden ser
mejoradas con el empleo de herramientas computarizadas, solicitamos considere la
pertinencia de la siguiente propuesta, destinada para tal fin, invitándole que a
continuación complete el siguiente cuestionario, según las indicaciones para valorar los
aspectos relativos a dicha propuesta.
Se le agradece su valiosa colaboración, al igual que su sinceridad, avalada por su
experiencia y trayectoria profesional… Gracias.
TEMA:
HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES
SUPERFICIALES AISLADAS DE HORMIGÓN ARMADO.
AUTOR: María de los Angeles González Sera
1.- DATOS PERSONALES DEL ESPECIALISTA EVALUADOR:
Nombres y apellidos: __________________________________________________
Profesión: ___________________________________________________________
Categoría Científica: ___________________________________________________
Categoría Docente: ____________________________________________________
Cargo: ______________________________________________________________
Años de Experiencia: _______________
Centro de trabajo: _____________________________________________________
2.- ASPECTOS A EVALUAR
De acuerdo a las siguientes interrogantes, responda en cada aspecto según su
consideración. Argumente en cada caso su respuesta:
a) ¿Cómo considera el proceso de instalación de la herramienta?:
Sencillo__ Complejo__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
b) ¿Cómo considera la interfaz? (entrada de datos y presentación):
Adecuado__ Poco Adecuado__ No Adecuado__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
c) ¿Cómo considera la estructuración de la información solicitada?:
Adecuada__ Poco Adecuada__ No Adecuada__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
d) ¿Considera que la rapidez es una fortaleza de la herramienta?
Sí___ No___
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
e) ¿Cómo caracteriza la precisión de los resultados? Alta__ Media__ Baja__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
f) ¿Cómo considera el proceso de interacción con la herramienta?:
Sencillo__ Complejo__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
g) ¿Considera que la herramienta es útil en la práctica?: SÍ__ No__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
h) ¿Está interesado en emplear la herramienta computacional creada?:
SÍ__ No__
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Si desea comentar algún otro aspecto, hacer una observación o sugerencia parcial o
general:
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Firma: ____________________
Anexo 2. AVAL PROPORCIONADO POR LA DIRECCIÓN DE LA EMPRESA
ARQUITECTOS DE LA COMUNIDAD
Producto de la alta demanda de proyectos de vivienda existentes en la provincia de
Holguín y el tiempo que acarrea el cálculo de las cimentaciones por su complejidad, ya
que se ha venido realizando durante años de forma manual, ha limitado grandemente
nuestra capacidad de dar respuesta a los proyectos en tiempos racionales. Es por ello que
la tesis de la diplomante María de los Angeles González Sera titulada “Diseño de
cimentaciones superficiales aisladas rectangulares de hormigón armado” nos ha abierto
la posibilidad real de acortar los tiempos de terminación de los proyectos agilizando los
diferentes cronogramas en el proceso inversionista. Este software permite de una manera
sencilla y rápida diseñar las soluciones de cimentación más utilizadas en nuestro
organismo. En este momento se realiza un estudio para su aplicación e implantación por
parte de nuestros especialistas.
