Cto AII - 01 Cimentaciónes

7/24/2019 Cto AII - 01 Cimentacines

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Csar Arana ZegarraDocente W.A UPN

Enero 2016

CONCRETO ARMADO II


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CIMENTACIONES

Csar Arana Zegarra. W.A UPN

Bibliografa:- CALCULO DE ESTRUCTURAS DE CIMENTACIN

Jos Calavera- DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Arthur Nilson

- ASPECTOS FUNDAMENTALES DE CONCRETO REFORZADOOscar Gonzles Cuevas

Francisco Robles Fernndez

- DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO Teodoro E. Harmsen


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CIMENTACIONES


GENERALIDADES:TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA

Cimiento: son elementos estructurales que tienen como funcin transmitir las

cargas y momentos de una edificacin hacia el suelo, de tal manera que la

presin transmitida sea menor a la que el suelo pueda resistir.

Esto significa que debemos encontrar un rea en planta para transmitir unapresin aceptable para el suelo.

Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos, muy

inferiores a las de la estructura, la cimentacin posee un rea en planta muy

superior a la suma de las reas de todos los pilares y muros de carga.


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Cimiento:

Funcin

Cargas transmitidas por la

estructura a la cimentacin

Fuerzas del terreno que asumen las

cargas transmitidas por la cimentacin

La funcin principal de cualquier tipo de cimentacin es la de transmitir los esfuerzos de la

estructura a la superficie del terreno.


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Terreno: estrictamente hablando, es tambin un material de construccin, pero

no es elegido por el tcnico. Las posibilidades de cambiarlo son casi siempre

pocas y nicamente podemos en ocasiones, modificar algunas de sus

propiedades. Rara vez es econmica su sustitucin.

Por esta razn que la cimentacin habr de proyectarse de acuerdo con el

suelo y en muchos aspectos la seleccin y la disposicin de la propia

estructura, vendr tambin condicionada por el.


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GENERALIDADES:

TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURAPor todo ello el proyectista de cimientos ha de ser especialmente

cuidadoso con los mtodos de clculo que elija y especialmente

prudente al aplicarlos.

En este sentido, el proyectista no debe olvidar que las cimentaciones

usuales estn ocultas y formadas por piezas generalmente muy rgidas

comparadas con las de la estructura.

Por tanto el fenmeno de la fisuracin, que es un excelente sntoma de

aviso, propio de las estructuras de hormign, no es observable en los

cimientos.

Tampoco las deformaciones de un cimiento excesivamente solicitado

(cargado), suelen ser tan importantes, como para constituir un sntoma

de aviso.


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GENERALIDADES:

TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURATodo ello acenta la necesidad de una especial prudencia y cuidado

tanto en la concepcin como en el clculo y los detalles al proyectar y

construir cimentaciones.

La durabilidad de estos elementos debe ser muy especialmente

considerada en el proyecto, en la seleccin de materiales y en la

ejecucin; ya que cualquier fallo no ser observable, en la mayora de

los casos, hasta no alcanzar elevada importancia.


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GENERALIDADES:

TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA Estructura

En toda estructura es necesario distinguir dos partes principales:

a) La superestructura: Es la parte de la construccin que est encima del niveldel suelo, en caso de edificios est conformado por las losas de entrepiso,

muros, y columnas.

b) Subestructua, o cimentacin: Es la parte del edificio que soporta la accin delas cargas provenientes de la superestructura.

Su Funcin es lograr que las fuerzas que se presentan en la base de la

estructura, tales como:

- Peso de la superestructura,

- Peso de los cimientos,

- Sismo,- Empujes hidrostticos,

se transmitan adecuadamente, sin riesgos de que falle la estabilidad de la

superestructura.


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GENERALIDADES:

TERRENO, CIMIENTO Y ESTRUCTURA Estructura

Condiciones de estabilidad que debe garantizar toda cimentacin


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GENERALIDADES: Cimentaciones Superficiales

Cuando los estratos superficiales del terreno presenta caractersticas adecuadas

desde los puntos de vista tcnico y econmico para cimentar sobre l

Se suele trabajar con profundidades de 1, 1.5, 2, 3 m. dependiendo del nivel

del estrato resistente elegido.

Las cimentaciones superficiales estn constituidas por: Cimientos corridos. El cimiento de concreto ciclpeo es sencillo

y econmico, consiste en piedras de diferentes tamaos unidas

por una mezcla de concreto en proporcin Cemento - Hormign 1:10


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GENERALIDADES:

Cimentaciones Superficiales Zapatas: Cimentacin apta para profundidad de 0,80-1,50 m (sin nivel fretico),

preferiblemente con armadura y unidas entre si por vigas de amarre.


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Zapatas Aisladas:

Terreno firme, asientos diferenciales

reducidos

Preferiblemente cuadrada

Posibilidad de unir con vigas de amarre

Zapata de medianera

Zapata de esquina

Zapata centrada


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Zapatas Combinadas y Corridas:

Se utilizan zapatas combinadas o corridas cuando

las zapatas aisladas se encuentran muy prximas o

incluso se solapan.

Tambin se emplean para apoyar muros con

capacidad portante

combinada corridaaislada

Zapata aislada Zapata combinada Zapata corrida


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Csar Arana Zegarra. W.A

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GENERALIDADES:

Cimentaciones Superficiales Zapatas Combinadas y Corridas:

Este tipo de cimentacin se emplea cuando las zapatas aisladas se encuentran

muy prximas o incluso se solapan.

Las causas que originan esta situacin son varias: la proximidad de lascolumnas, la existencia de fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a

elevados asientos diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la

presencia de discontinuidades en este.

Si el nmero de columnas que soporta es menor de tres, se denominan

combinadas y corridas en caso contrario.

Tambin se utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga

o muros de contencin de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo

caso la anchura de la zapata puede ser variable.


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GENERALIDADES:

Cimentaciones Superficiales Emparrillados:

Los emparrillados se emplean cuando la capacidad portante del terreno es

escasa o cuando presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace

prever que puedan producirse asientos diferenciales importantes.

Cimentacin de emparrilladoTodas las columnas van a una nica cimentacin de gran rigidez


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Losas o Placa Flotante:

La cimentacin por losa se emplea cuando:

Las zapatas o el emparrillado ocupan ms del 50% de la superficie.

Se requiere un stano bajo, el nivel fretico es superficial.

Terreno heterogneo con posibles asientos diferenciales.

Hay combinacin de elementos de soporte (vigas, muros, etc)


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Placa Flotante Continua Placa Flotante Nervada


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Cimentacin compensada Asientos inducidos por losas de cimentacin en

edificaciones vecinas

La cimentacin con losas comnmente se utiliza para cimentaciones compensadas cuando la

edificacin incluye la existencia de stanos en donde el peso de las tierras excavadas equivale

aproximadamente al peso total del edificio. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta

altura se debe preveer la distribucin proporcional de los stanos as como juntas estructurales.


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GENERALIDADES: Cimentaciones Semi - profundas

Pozos:

La cimentacin por pozos constituye una solucin intermedia entre cimentaciones

profundas y superficiales. Se utiliza cuando la resistencia del suelo requerida se

alcanza a profundidades medias pero sin que se justifique la necesidad de cimentar

con pilotes.


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Pozos:

Profundidades de 2 a 5 m. en general; recomendables 3-4 m.

En obras pequeas donde no es posible llevar maquinaria de pilotes por

el tamao de la obra o por calles estrechas.

En caso de acciones horizontales importantes.

En caso de acciones a traccin para compensarlo con peso propio.

Con nivel fretico problemas de entibacin.

Adecuado en arcillas expansivas atravesando la mayor parte de capa

activa.


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Caissones:

Son cimentaciones semi-profundas / profundas que comprenden un radio lo

suficientemente grande como para que un hombre sea capaz se realizar la

excavacin para construirlo. Los Caissones son realizados in situ, en ocasiones

de manera manual y en otras utilizando maquinaria especial.


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Caissones:

Se construyen por etapas anillos sucesivos que sostienen el terreno evitando su

colapso a medida que se avanza en la excavacin.

CONSTRUCCIN MANUAL

2. 3. 4. 5.1.


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Caissones:

CONSTRUCCIN MANUAL


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Caissones:

1. 2. 3.

5.

CONSTRUCCIN MECNICA

4.


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GENERALIDADES: Cimentaciones Profundas

NO solo se pueden definir como el tipo de

cimentacin en las que el plano de apoyo

estrato de cimentacin se encuentra a una

gran profundidad, ya que en ocasiones NO

existe ese estrato de cimentacin.

Se considera que una cimentacin es

profunda cuando su extremo inferior en el

terreno se encuentra a una profundidad

igual o mayor a ocho (8) veces su dimetro

o ancho.


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Pilotes:

Son adecuados para:

Reducir o limitar asentamientos Soportar cargas altas y concentradas

Evitar asentamientos e incremento de

tensiones sobre edificios vecinos.

Formar cimentacin a ms de 4-5 m de

profundidad.

En sus diversas modalidades, es un tipo de cimentacin que se puede distinguir por

reducir asientos y mejorar la seguridad frente al hundimiento de las losas.


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Pilotes:

Solucin de cimentacin con pilotes


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Pilotes:

Solucin de cimentacin con pilotes


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INGENIERA DE CIMENTACIONES

Es el arte y la ciencia que trata de resolver los problemas de cimentaciones,

aplicando criterios de ingeniera y los conocimientos de mecnica de suelos

En conclusin el problema de diseo de cimentaciones requiere tener un

conocimiento cabal del suelo soportante, y de la naturaleza y requerimientos de la

edificacin, o interaccin suelo-estructura o suelo-estructurasismo.

Para conocer el suelo en forma adecuada, es conveniente hacer pruebas y

exploraciones en el laboratorio in situ; y de esta manera, luego de un adecuado

procesamiento de los datos obtenidos, se podr conocer las cargas que el suelo

puede soportar en forma segura.

Para fines de ingeniera, el terreno se clasifica generalmente en dos: rocas y suelos.


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INGENIERA DE CIMENTACIONES Cargas de diseos en cimentaciones

Es necesario tener el conocimiento y criterio adecuados para decidir qu cargasdeben tomarse en cuenta para el diseo de cimentaciones.

Para estructuras de almacenamiento, como almacenes silos y tanques de agua;deber, lgicamente, tomarse la carga total para la cual ha sido diseada la

superestructura con carga simultnea.

En edificios industriales, cuando existen grandes cargas mviles, sedisea la zona especfica de la estructura sometida a la peor conduccin de

cargas ubicadas en esa zona.


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INGENIERA DE CIMENTACIONES Cargas de diseos en cimentaciones

Cuando existan cargas horizontales temporales, tales como viento o sismo, seconsiderar el 100 % de las cargas verticales y el incremento de estas, debido a las

fuerzas horizontales cuando excede el 25 % por este efecto, no as cuando no

excede de esta cantidad, salvo que las especificaciones de diseo as lo indiquen.

Se considerar un factor de seguridad mnimo de 1.5 al levantamiento, y tambin1.5 al volteo, a no ser que las especificaciones particulares de diseo del proyecto

indiquen otros valores mayores.


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Profundidad de cimentacin

El RNE Norma E.050 Art. 19:

La profundidad de cimentacin quedar definida por el Profesional

Responsable y estar condicionada a cambios de volumen por humedecimiento

secado, hielo deshielo o condiciones particulares de uso de la estructura, no

debiendo ser menos de 0.80m en caso de zapatas y cimientos corridos. Parapaletas de cimentacin no menos de 0.40m .

Cuando la profundidad mnima de cimentacin no fue determinada por

consideraciones de capacidad portante o asentamiento, debern tomarse en

cuenta otros factores, los cuales determinarn este valor de profundidad

mnima de cimentacin.

En cimentaciones apoyadas en arcilla se recomienda una profundidad mnima

de aproximadamente un metro; menores profundidades pueden sufrir

movimientos, debido a agrietamientos por contracciones o por esponjamiento

del suelo por efectos de cambios de humedad.


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En caso de no permitir la cimentacin ningn desplazamiento, se profundizar

de 1.50 m a 1.80 m. Esto depende del tipo de arcilla.

Los suelos tipo arenas arcilla o limos saturados sufren el fenmeno de

congelamiento superficial, causando un hinchamiento por esta causa.Estos efectos no son muy profundos y con unos 60 cm de profundidad de

cimentacin es suficiente, debiendo llegarse al metro cuando la capa fretica o

saturacin llega a unos 60 cm de la superficie.


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Profundidad mnima de cimentacin

Cuando se cimienta en suelos granosos o arenosos, se recomienda compactar la

superficie en la que se apoyar la cimentacin.

No debe cimentarse sobre turba, suelo orgnico, tierra vegetal, relleno de

desmonte, o rellenos sanitarios o industrial, ni rellenos No Controlados. Estosmateriales inadecuados debern ser removidos en su integridad y ser

remplazados con materiales seleccionados.


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Tensin del terrenoLa tensin actuante sobre el terreno,

Se utiliza para efectos de comprobaciones geotcnicas

Esta tensin es la debida a los esfuerzos producidos por:

la estructura sobre el cimiento ms los debidos al peso propio del cimiento, ms

las tierras u otras acciones actuantes sobre l.


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Tensin del terrenoCuando se trata de calcular los esfuerzos (momentos flectores, esfuerzos cortantes

y punzonamiento) actuantes sobre el cimiento, la tensin es la debida a

aquellas acciones que son transmitidas por la estructura al cimiento ms las

directamente actuantes sobre ste y que no sean uniformemente repartidas.

No se consideranpor tanto ni el peso propio del cimiento, ni los rellenos u otrasacciones uniformemente repartidas que puedan actuar sobre el cimiento ya que

esas acciones estn en equilibrio con las reacciones que provocan en el contacto

suelo-cimiento y no producen por tanto esfuerzos en la pieza.


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Aspectos principales del diseo de cimientosPara proporcionar un apoyo apropiado a la edificacin, la cimentacin la

cimentacin debe satisfacer dos requisitos en forma simultanea:

Adecuada capacidad portante, de modo que impida la ocurrencia de la falla del

suelo de fundacin.

Asentamientos estructurales tolerables, que no ocasionen daos a la

construccin misma, o la construcciones vecinas, o las instalaciones enterradasen la proximidad de la cimentacin

Estos dos requisitos no se pueden encontrar en forma simultanea a travs de una

expresin matemtica, razn por la cual estos dos factores se analizan

independientemente mediante:

- La teora de capacidad de carga,- El clculo de asentamientos y

- Efectuar el diseo de la cimentacin en base a la condicin limitante.


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Aspectos principales del diseo de cimientos

El resultado de este proceso es:

Seleccin del tipo se cimentacin

Profundidad de desplante y

Capacidad de carga admisible del suelo;

los cuales quedan consignados en respectivo Estudio

de Mecnica de Suelos.

Definida la cimentacin se requiere el

aseguramiento estructural de los elementos que la

conforman mediante su dimensionamiento; lo cual

implica:

Determinacin de las acciones a la que estasometida la cimentacin durante su

funcionamiento:

- Cargas provenientes de la estructura.- Presin con la que el suelo de apoyo reacciona


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Obtencin de las cargas de diseo:Para el clculo de las cargas que solicitan a los

elementos de cimentacin, se analiza la

superestructura como un sistema

independiente de la subestructura,

suponiendo en la base de la superestructura

unas condiciones de empotramiento

perfecto.

Como resultado, las reacciones determinadas

en los apoyos de la superestructura se toman

como las cargas para el anlisis de lasubestructura , sin considerar la accin de la

superestructura (Figura b)

El criterio de independencia entre superestructura y cimentacin solo es

aceptable cuando no se produzcan desplazamientos importantes que puedan

modificar los solicitaciones al interior de la estructura


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Obtencin de las cargas de diseo:Debido a que las deformaciones a nivel de

cimentacin modifican no solo la distribucin

de presiones sobre el cimiento, sino tambin

las fuerzas internas en toda la estructura, es

necesario modelar el sistema superestructura-cimentacin como un conjunto (Figura c);

especialmente en construcciones importantes


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Los movimientos de los apoyos de la superestructura se restringen a travs de

lmites admisibles, los cuales no deben rebasarse, aunque se dimensione la

estructura para resistir sus efectos.

En la prctica es frecuente ignorar en el anlisis de la superestructura los

asentamientos que no excedan los lmites mximos, cuyos efectos se considerandisipados por los elementos de las estructuras a travs de deformaciones

inelsticas y por los tanto no es necesario suponer a los efectos de las otras

acciones


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Distribucin de presiones bajo el cimiento:La transmisin de un sistema de cargas al suelo por medio de un cimiento

produce una reaccin cuya resultante equilibra exactamente a la accin total

aplicada

Independientemente de que estas reacciones y las cargas aplicadas estn enequilibrio global, las diferencias en su configuracin a lo largo del cimiento es lo

que genera solicitaciones internas al elemento estructural:

Momentos flectores y

Fuerzas cortantes


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Distribucin de presiones bajo el cimiento:

Solicitaciones internas en el elemento estructural


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Distribucin de presiones bajo el cimiento:El diseo del cimiento implica:

Proponer las dimensiones en planta, de tal manera que la presin de contacto

generada por las cargas de la estructura no sobrepase la admisible por el suelo

Cumplida la condicin anterior se dimensiona:

- la seccin transversal y- cantidad de acero de acuerdo con las solicitaciones de fuerzas cortantes y

momentos flectores en secciones crticas.

Por eso, el segundo aspecto necesario para el clculo estructural del cimiento es

la determinacin de la presin de contacto.

La distribucin real de presiones de la zapata sobre el suelo, y por lo tanto, las

reacciones de este, constituyen un tema complejo que dependen de muchas

variables , en particular la rigidez de la zapata y de las caractersticas tensin -

deformacin del suelo.


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Distribucin de presiones bajo el cimiento:

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