Ing de Cimentaciones- Semana 3 (28!08!13) - Copia

INGENIERÍA DE CIMENTACIONES

28-08-13

Semana 3 –Cimentaciones. Tipos. Cimentaciones superficiales.

Presentada porMSc. -ing. Natividad Sánchez Arévalo

19/04/2023 1

19/04/2023 MSc. Ing. Civil Natividad Sánchez A. 2

La Semana 2 se hizo una introducción a la estructuración de las estructuras con la ayuda del SAP

Mag. Natividad Sánchez A.

CIMENTACIONES. TIPOS. CIMENTACIONES

SUPERFICIALES.


CIMENTACIONES. TIPOS Y SUELO - ESTRUCTURA

Las cimentaciones son estructuras encargadas de transmitir las fuerzas de una estructura hacia el suelo. Estas fuerzas pueden ser generadas por peso, sismo, viento, vibraciones originadas por máquinas o explosiones, empujes etc. Las fuerzas que intervienen generalmente por la interacción de suelo, estructura son : Fuerzas verticales y Fuerzas de momento.Por tanto una zapata deberá ser dimensionada para transmitir estas fuerzas al suelo que lo soporta. En algunos casos serán mas preponderantes las fuerzas de gravedad, en otros la combinación de las fuerzas de gravedad con los momentos y en otros solo los momentos porque las fuerzas de gravedad son despreciables.


CASOS DE CIMENTACIONES ANTE DIFERENTES TIPOS DE FUERZAS

1. PARA UN SISTEMA DUAL EN LAS COLUMNAS ES MAS SIGNIFICATIVO LAS CARGAS DE GRAVEDAD


2. PARA UN SISTEMA DE PORTICOS LAS COLUMNAS EN LA BASE ESTARTÁN SOMETIDAS A MOMENTOS FLECTORES POR SISMO


3. PARA UN SISTEMA CON POCO PESO, SOMETIDO A CARGAS DE VIENTO


ANALICEMOS EL CASO DE UN PORTICO Y DE UN MURO QUE ESTARÁN SOMETIDOS SOLO A CARGAS VERTICALES. VER COMO SE TRANSMITEN LAS CARGAS AL SUELO


TABLA 1.1 CARGAS DE TRABAJO DEL SUELO (k/cm2)

Existen dos Tipos de cimentación:

¿Cuándo se usan cimentaciones profundas?

TIPOS DE CIMENTACIONES

ZAPATA COMBINADA

CIMENTACION Pabellón Administrativo UNCP

Dimensionamiento de una zapata aislada


TRANSMISIÓN DE CARGAS AL SUELO Y SUS APROXIMACIONES

LA PRESION DEL SUELO

DISTRIBUCIÓN APROXIMADA DE PRESIONES

ZAPATAS CONCENTRICAS ZAPATAS EXCÉNTRICAS O CON MOMENTOS FLECTORES

EMS – Pabellón Administrativo UNCP





Dimensionamiento de una zapata aislada

LAS PRESIONES QUE SE TRANSMITEN AL SUELO NO NECESARIAMENTE SON UNIFORMES PUESTO QUE DEPENDEN DE LA RIGIDEZ DE LA ZAPATA Y DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS

GRANULARES Y COHESIVOS

SI LAS ZAPATAS TIENEN POCO PERALTE SON FLEXIBLES Y POR TANTO EL SUELO REACCIONARÁ SINTIENDO UNA PRESIÓN MÁS FUERTE HACIA EL CENTRO Y MUY MENOR HACIA LOS COSTADOS

SI LA ZAPATA ES RÍGIDA TEÓRICAMENTE LA PRESIÓN DEBIERA SER CONSTANTE. SIN EMBARGO ALGUNOS SUELOS REACCIONAN CON PRESIONES VARIABLES, CONCAVO O CONVEXO.


ESTRUCTURALMENTE PREFERIMOS TRABAJAR CON ZAPATAS RÍGIDAS Y SUPONEMOS DISTRIBUCIÓN CONSTANTE, PARA CARGAS AXIALES CONCENTRICAS


LA NTE-060 RECOMIENDA PERALTES MÍNIMOS CON RIGIDEZ


PARA EL CASO DE CARGAS AXIALES EXCENTRICAS O CARGAS AXIALES CON PRESENCIA DE MOMENTOS EN LA BASE DE UNA COLUMNA

Debe considerarse la carga P y el momento M , actuando en la zapata y de esta manera tendremos una distribución trapezoidal de las presiones

EN GENERAL LA DISTRIBUCIÓN APROXIMADA DE PRESIONES PARA ZAPATAS EXCENTRICAS O CON MOMENTOS FLECTORES SON DE LOS TIPOS QUE SE MUESTRAN A CONTINUACIÓN


Dimensionamiento y diseño de las zapatas aisladas con carga concéntrica

Las zapatas y en general cualquier tipo de cimentación superficial, deben pasar por dos etapas en el proceso de diseño:1) El dimensionamiento de las medidas en planta, para que

pueda actuar adecuadamente con el suelo según su capacidad admisible al aplastamiento. Usar carga de servicio.

¿?2) El diseño de la zapata está relacionado a los esfuerzos que

se presentaran por efecto de la interacción del suelo sobre la zapata y por el efecto de punzonamiento de las columnas. Usar carga amplificada.

¿?

Dimensionamiento de una zapata

aislada

Az = Pc x Factor sueloqadm suelo

FACTORES DE SUELO:Suelo duro = 1.05Suelo intermedio = 1.07Suelo blando = 1.10


DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA

Para definir el peralte de la zapata, debe diseñarse la zapata por el método de la resistencia para los efectos de: fuerza cortante como viga y fuerza cortante por punzonamiento.

1) Diseño por fuerza cortante como viga

• El concreto debe ser lo suficientemente capáz de absorber la fuerza cortante actuante en la zapata

• Debe verificarse la fuerza cortante a una distancia “d” de la cara del apoyo

• Vc = 0.53(√f’c) bd

• Si Vu ≤¢Vc, el peralte asumido será conforme; pero también debe chequearse corte por punzonamiento. Manda el resultado mas desfavorable


DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA SOLO CON CARGA AXIAL

2) Diseño por fuerza cortante por punzonamiento

• En el diseño por corte por punzonamiento, la sección se localiza a “d/2” de la cara del apoyo. También debe cumplir: Vu ≤¢ Vc, Manda el resultado mas desfavorable

• Vc = (0.53+1.1/βc)(√f’c) bo x d; βc = lado largo columna/lado corto columnabo = perímetro de la sección crítica medida a d/2 de la cara del apoyo (columna)Pero Vc≤1.1 √f’c x bo x d (Límite máximo)

Recomendación:

En general es mejor trabajar con peralte de zapatas = 0.60 m para garantizar un adecuado anclaje de las armaduras de las columnas para diametros iguales o mayores a 5/8”. Si los diámetros de las armaduras de las columnas son menores, puede usarse peralte mínimo de zapatas = 0.40 m, tal como lo indica la NTE-060.


EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA

Datos: Columna de 40 x 60; cargas: Pm = 100tonPv=60 ton. No hay momentos; qadm = 2 k/cm2. F’c = 210 k/cm2

1) DimensionamientoProcediendo tal como se indicó en la clase anterior, se obtiene una zapata de

2.9 x 3.1 = 8.99 m2 ----- Volados iguales en las 2 direcciones = c = 1.25 m 2) DiseñoPu = 1.4 x 100 + 1.7 x 60 = 140 + 102 = 242 ton

qu = 240 = 26.69 ton/m2. 2.9 x 3.1

¡ No se considera el peso propio en este cálculo porque no afectará los diseños por corte como viga y punzonamiento; tampoco el diseño por flexión !


DISEÑO POR PUNZONAMIENTO

Asumiento un peralte de 60 cm y por tanto un peralte efectivo de 50 cm.• En la sección crítica de la columna a d/2 de la cara de la columna se tiene :bo = perímetro de la sección crítica = 4 mAo = Area de la sección crítica = 0.99 m2Atotal = 3.1 0 x 2.90 = 8.99 m2

• Cortante actuante de diseño por punzonamientoVu = qu(Atotal-Ao)=26.69(8.99 – 0.99) = 213.52 tonSe debe verificar que Vu ≤ ¢Vc• Cortante resistente por punzonamientoVc = (0.53+1.1/βc)(√f’c) bo x d; βc = lado largo columna/lado corto columnabo = perímetro de la sección crítica medida a d/2 de la cara del apoyo.Vc = 0.53 + 1.1/1.5) x √210 x 400 x 50 = 366 tonPero debe verificarse que Vc límite ≤ 1.1 √f’c x bo x d (Límite máximo)Vc limite = 1.1 x √210 x 400 x 50 = 318.8 tonPor tanto: ¢Vc = 0.85 x 318.8 = 271 ton. La resistencia del concreto es superior (271 ton) que Vu (214 ton)

EL PERALTE ASUMIDO ES CORRECTO


DISEÑO POR CORTANTE

Como los volados son iguales en las 2 direcciones Vu = qu x (1.25 – 0.50) = 26.69 x 0.75 = 20 ton

Vc = 0.53 x √210 x 100 x50 = 111.4 ton

¢Vc = 0.85 x 111.4 = 95 ton

Se comprueba que Vu <<<< ¢Vc

Por tanto el peralte elegido es conforme y se procede a diseñar por flexión , tal como aprendieron en Concreto Armado.


Terminar el diseño por flexión para una franja de 1 m de ancho.


Problemas de estructuras reales relacionadas con

momentos

• En las edificaciones usuales con luces máximas de 7 u 8 m, la magnitud de los momentos en relación a la carga aplicada no es es crítica.

• En estructuras aporticadas con luces importantes, mayores a las usuales si se puede obtener momentos importantes en la base de las

columnas.

Para el primer caso de una distribución trapezoidal

q1, q2 = P ± 6M A B L2


Caso de Momentos flectores aplicados simultáneamente

q1 = P + 6Mx + 6My A B L² LB²

q2 = P + 6Mx - 6My A B L² LB²

q3 = P - 6Mx + 6My A B L² LB²

q1 = P - 6Mx - 6My A B L² LB²


Continua el ejemplo

B= 2.70; L= 3.10

2) Continuamos verificando solo para carga de gravedad, pero esta vez teniendo en cuenta que los momentos actuan simultáneamente en las 2 direcciones

3) Verificamos biaxialmente para sismo x

Por tanto la presión obtenida es correcta para esta condición, porque la presión de este suelo incrementada en 30% es de 39.9 t/m2

q1 = P + 6Mx + 6My = 200x1.05 + 6(10+6) + 6(2+1) = 29.56 ton/m² A B L² LB² 2.70x3.10 2.70x3.1² 3.10x2.7²

q1 = 210x1.05 + 6(10+6+15) + 6(2+1) = 34.29 ton/m2, NO OLVIDEMOS 2.70x3.10 2.70x3.1² 3.10x2.7²


EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA CON CARGA Y MOMENTOS

Datos: columna de 40 x 80; 80 en X ; 40 en YPm = 130 ton; Pv = 70 ton; q adm = 3 k/cm2Mmx = 10 ton x m ; Mmy = 2 ton x mMvx = 6 ton x m ; Mvy = 1 ton x mMsx = 15 ton x m ; Msy = 13 ton x mPsx = 10 ton ; Psy = 9 ton

1º Calculamos un área tentativa, asumiendo la resistencia del terreno castigada aproximadamente en 3, para prever la presencia de momentos

Area Tentativa = 200 x 1.05 = 7.77 m2; --- Dimensiones = 3 x 2.60

Verificamos solo para momentos en X por cargas de gravedad (dimensión en la direc. Mas larga)

q1 = P + 6Mx = 200 x 1.05 + 6 (10+6) = 31.02 ton/m2 A B L² 2.60x3.00 2.60x3²Como el esfuerzo actuante es mayor que lo admisible, se aumentan las dimensiones en 10 cm a cada lado


Continua el ejemplo

3) Verificamos biaxialmente para sismo Y

Por la misma condición anterior las dimensiones son correctas

Para el diseño por el método de la resistencia deberíamos amplificar las cargas según la combinación, lo cual significaría repetir los cálculos anteriores amplificando las cargas y los momentos según las combinaciones para obtener pa presión últimas. Esto puede simplificarse amplificando directamente las presiones obtenidas para cargas de servicio multiplicando por coeficientes ponderados.

Ej. Para el presente ejemplo para la primera combinación de carga el peso muerto representa el 65% y el piso vivo representa el 35% se tendría un coeficiente promedio de amplificación de carga = 1.51Para las combinaciones de carga con 1.25, los porcentajes para las diferentes cargas son: Pm = 77.5%; Pv = 41.3%; Ps = 5% . El coeficiente promedio para estas combinaciones es 1.24.

q1 = P + 6Mx + 6My = 209x1.05 + 6(10+6) + 6(2+1+13) = 34.14 ton/m² A B L² LB² 2.70x3.10 2.70x3.1² 3.10x2.7²


Continua, presiones obtenidas para cada condición1) Condición biaxial sin sismo: q1=29.56 t/m2 qu1 = 29.56 x 1.51 =44.64 t/m22) Condición biaxial obtenida con sismo X: q2=34.29 t/m2 qu2 = 34.29 t/m2 x 1.24 = 42.52 t/m23) Condición biaxial obtenida con sismo Y: q3=34.14 t/m2 qu3 = 34.14 x 1.24 = 42.33 t/m2Por tanto se efectuará el diseño con la mayor presión última:qu1 = 44.64 t/m2, asumiendola uniformemente distribuida.Continuar con el diseño de este ejercicio guiandose por la página 28 a 31

del cuadernillo del ing. Blanco. Esto es parte de la tarea domiciliaria

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