trabajo de cimentacion rigida y flexible

CIMENTACIONES RGIDAS Y FLEXIBLES Mecnica de Suelos II

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INTRODUCCION

El terreno, al recibir cargas que son transmitidas por la cimentacin, tiende a

deformarse en una o varias de sus capas, dependiendo de la compresin y las

propiedades del mismo, las cuales pueden variar con el tiempo o con algunos factores

como lo son: la variacin del volumen de vacos como consecuencia de la

compactacin del terreno, el desplazamiento y deformacin de las partculas al irse

acumulando stas, lo cual producen asentamientos en la superficie de contacto entre

la cimentacin y el terreno.

Los cimientos forman un papel muy importante dentro de la edificacin ya que stos

son los que distribuyen las cargas de la estructura hacia el suelo, de tal manera que el

suelo y los materiales que lo constituyen tengan una capacidad suficiente para

soportarlas son sufrir deformaciones excesivas. Dependiendo de la interaccin del

suelo y la cimentacin, las caractersticas de sta cambiaran en cuanto a su tipo,

forma, tamao, costo, etc.

De aqu se concluye que, si se quiere una construccin segura y econmica, se deben

tener conocimientos en mecnica de suelos y diseo de cimentaciones.

Por lo que expuesto anteriormente, es el fin del presente trabajo donde estudiaremos

dos tipos de cimentaciones importantes como son la cimentacin rgida y cimentacin

flexible. En el cual sealaremos los aspectos ms importantes de cada tipo de

cimentacin.

OBJETIVOS

Conocer los tipos de cimentacin: rgida y flexible, reconociendo los

procedimientos y restricciones que implica cada tipo de cimentacin.

Desarrollo de dichos mtodos aplicados al tipo de cimentacin, y casos en los

que se utiliza.


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CIMENTACION

CONCEPTO:

Se denomina cimentacin al conjunto de elementos estructurales cuya misin es

transmitir las cargas de la edificacin o elementos apoyados a este al suelo

distribuyndolas de forma que no superen su presin admisible ni produzcan cargas

zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los

pilares o muros que soportar, el rea de contacto entre el suelo y la cimentacin ser

proporcionalmente ms grande que los elementos soportados (excepto en suelos

rocosos muy coherentes).

La cimentacin es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la

superestructura. Hay que prestar especial atencin ya que la estabilidad de la

construccin depende en gran medida del tipo de terreno.

CLASIFICACIN DE LAS CIMENTACIONES

La forma ms comn de clasificar las cimentaciones es en funcin de la profundidad

de los estratos a los que se transmite la mayor parte de las cargas que provienen de la

construccin, dividindose en dos grupos, los cuales son:

a) Cimentaciones Superficiales: son aquellas que se apoyan en estratos poco

profundos que tienen suficiente capacidad para resistir las cargas de la

estructura. En esta clasificacin encontramos

Zapatas: son ensanchamientos de la seccin de las columnas o muros con

los que se distribuye la carga de stos a un rea de contacto mayor con el

suelo. Las zapatas pueden ser aisladas (bajo una sola columna),

combinadas (bajo dos o ms columnas) o corridas.

Losa de Cimentacin: aqu el apoyo se realiza sobre toda el rea de la

construccin. Estas losas pueden ser planas (sin vigas) o con retculas de

vigas (llamadas contratrabes). En ocasiones, la losa de cimentacin, la losa

de planta baja y las contratrabes y muros de lindero forman cajones de

cimentacin que pueden llegar a un nivel de profundidad que permiten, bajo

ciertas condiciones, aprovechar el peso retirado del suelo excavado para

compensar parcial o totalmente el peso de la construccin y aliviar as la

presin neta en la superficie de contacto con el suelo.

b) Cimentaciones Profundas: estn constituidas esencialmente por pilotes que

transmiten su carga por punta o por friccin y que se denomina pilas cuando su

seccin transversal es de gran tamao. Los pilotes pueden colocarse bajo

zapatas o bajo losas de cimentacin y pueden trabajar de tal forma que la carga

que se resista en parte por friccin con el suelo y en parte por apoyo de contacto

profundo.


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En esta categora se tienen los siguientes tipos:

Cimentacin compensada con pilotes de friccin Cimentacin a base de pilotes de punta Cimentacin a base de pilas

CLASIFICACION FUNCIONAL

Se distinguen dos tipos de cimentaciones por la forma de resistir las solicitaciones:

Cimentaciones Rgidas (Vmax 2h): se calculan mediante el mtodo de bielas

y tirantes.

Cimentaciones Flexibles (Vmax> 2h): se calculan como elemento sometido a

flexin simple.


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RIGIDO Vmax 2h

FLEXIBLE Vmax> 2h


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MTODO DE LAS BIELAS Y LOS TIRANTES (MTB)

El MTB es un procedimiento simplificado que permite el diseo de elementos de

hormign armado, incluyendo una parte de anlisis estructural y otra de

dimensionamiento (hormign y armadura). Es el mtodo ms adecuado para el clculo

de regiones D, pero tambin se usa parcialmente para el clculo de regiones B

sometidas a tensiones tangenciales (cortante, torsin). El mtodo es vlido para el

diseo en E.L.U.; el E.L.S. de fisuracin se comprueba de forma indirecta,

bsicamente limitando la tensin de trabajo de la armadura.

Regiones D

Se denominan regiones D (de discontinuidad) a aquellas estructuras o partes de

una estructura en las que no es vlida la hiptesis de Bernouilli-Navier (las

secciones planas normales a la directriz se mantienen planas al deformarse). Hay

3 tipos posibles de discontinuidad:

Geomtrica (cambios bruscos de seccin, nudos)

Esttica o mecnica (cargas concentradas, reacciones)


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Generalizada (mnsulas cortas, vigas de gran canto, zapatas y encepados rgidos)

Principios generales del mtodo

En la fase de anlisis, la estructura se idealiza como un sistema de barras

biarticuladas que trabajan a compresin (bielas) o a traccin (tirantes), y que se

unen en nudos.

El MTB es tan antiguo como el hormign estructural. En 1899, Ritter explic el

funcionamiento a cortante de una viga sometida a una carga uniformemente

repartida, asimilndola a una celosa. Entre los aos 1950 y 1970 se generaliz el

uso del MTB para explicar otros fenmenos, como la torsin, el rasante, las vigas

de gran canto o las cargas concentradas, gracias a Mrsh, Thrlimann y

Leonhardt, entre otros. En la Normativa espaola, el MTB no aparece como tal

hasta la EHE de 1998, aunque en la EH-80 aparece de forma implcita en algunas

figuras.


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Los dos principios bsicos de la teora de la plasticidad en que se fundamenta el

MTB son:

o Teorema del mnimo de la plasticidad : si en una estructura sometida a una

determinada carga se halla una distribucin de tensiones (un sistema

resistente) que satisface las condiciones de contorno y las de equilibrio

esttico, y en ningn punto se sobrepasa el estado de plastificacin de los

materiales, la estructura resistir dicha carga sin llegar a la rotura. El

teorema no exige que se encuentre una distribucin real de tensiones, sino

que basta con hallar un mecanismo resistente viable.

o Principio de St. Venant: las tensiones producidas por una discontinuidad

esttica (carga puntual) se uniformizan a partir de una determinada

distancia (generalmente igual a un canto), es decir, los hechos diferenciales

producidos por una carga puntual, se reducen a un trozo pequeo de la

pieza, afectando al resto de ella de forma igual a si la carga hubiera sido

distribuida (con la misma resultante). Por tanto, las regiones D son finitas y

de pequeo tamao.

Planteamiento del mtodo

En general, en primer lugar debe realizarse un anlisis elstico global de la

estructura, para posteriormente identificar las regiones D existentes, estableciendo

sus lmites y los esfuerzos o acciones que existen en ellos.

En la creacin del modelo de bielas y tirantes adecuado a cada regin D

identificada, debe tenerse en cuenta que:

o El sistema resistente debe ser capaz de soportar los casos de carga a que

va a estar sometido.

o No hay un modelo nico, pueden encontrarse diversas disposiciones de

bielas y tirantes que satisfagan estructuralmente el problema resistente.

o


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o Debe tenderse a modelos sencillos que representen con claridad el

comportamiento real de la estructura.

o El modelo depende de la geometra de la regin y de las cargas actuantes.

o El modelo ha de ser resoluble, isosttico internamente, por lo que

normalmente habr que triangular

o Es vlido el principio de superposicin (es recomendable que los casos

complicados de cargas se estudien separndolos en modelos distintos y

sumando posteriormente los resultados);

o No se deben realizar modelos con bielas y tirantes que formen menos de

30 entre s.

o Es de gran utilidad conocer la distribucin elstica de tensiones


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CIMENTACIONES RGIDAS

Dentro del grupo de cimentaciones rgidas se encuentran:

- Los encepados cuyo vuelo V en la direccin principal de mayor vuelo es menor

que 2h.

- Las zapatas cuyo vuelo V en la direccin principal de mayor vuelo es menor

que 2h.

- Los pozos de cimentacin.

- Los elementos masivos de cimentacin: contrapesos, muros masivos de

gravedad, etc.

En las cimentaciones de tipo rgido, la distribucin de deformaciones es no lineal a

nivel de seccin, y, por tanto, el mtodo general de anlisis ms adecuado es el de

bielas y tirantes.

1. ZAPATAS RGIDAS:

Se consideran zapatas rgidas, aquellas en que el vuelo es menor o igual que el

canto, en las dos direcciones.

Como se ve en la figura 3.46, las bielas de compresin siguen con bastante

exactitud la direccin de las isostticas de compresin, de ah que se pueda

calcular la tensin mxima de traccin que se produce.

El clculo de la traccin que se produce al nivel de la armadura inferior se estudia

de acuerdo con la teora de las bielas de M. Lebelle, siendo d, el canto til.

Se colocan basndose en suponer bielas comprimidas de hormign cosidas

inferiormente por un tirante CD.


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Segn esta hiptesis la armadura principal para resistir la traccin ser:

Siendo:

Si las tensiones de clculo no se han mejorado previamente, ser necesario

mejorar el valor de Td. En cuanto a los anclajes, en zapatas rgidas con vh,

debern construirse de la siguiente manera si se hace por adherencia.


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Siendo lb. neta la longitud neta de anclaje correspondiente a la posicin I.

Todas las dimensiones se expresarn en mm. El valor 70 mm se debe al

recubrimiento mnimo aconsejado por la EHE para estructuras en contacto directo

con el terreno. Tambin se puede anclar con armadura en prolongacin recta,

soldando al final una barra del mismo dimetro transversalmente. La comprobacin

de las bielas no es necesario salvo que la tensin sobre el terreno no supere los

1.5 N/mm2 (15 kp/cm2).

2. ENCEPADOS RGIDOS

El encepado es el elemento encargado de transmitir las solicitaciones del soporte a

los pilotes y de hacerlos trabajar de forma solidaria, en una cimentacin profunda.

A. ENCEPADO RGIDO DE 2 PILOTES:

Armadura principal inferior, siendo la traccin de clculo Td:

Armadura secundaria: o Cara superior: Al menos 1/10 de la capacidad mecnica de la inferior.

o Armadura horizontal y vertical: Cercos de atado formando una retcula,

con cuanta superior al 4


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B. ENCEPADO RGIDO DE 3 y 4 PILOTES:

Encepado Rgido de 3 pilotes


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Encepado Rgido de 4 pilotes


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3. LOSA DE CIMENTACIN RGIDA

Para que una losa o placa de cimentacin sea rgida:

Debe predominar el Diseo por Corte o Punzonado. Esto es lgico porque

cuando diseamos por flexin el elemento adquiere resistencia pero sigue

siendo deformable.

El espesor de la placa debe ser lo suficiente grande como para que la placa soporte los esfuerzos tangenciales sin la participacin del acero de corte.

Columnas adyacentes no deben variar en ms de 20% en sus cargas.

El espaciamiento entre columnas adyacentes no sea mayor de 20% y sea inferior a: S .Le/2 + b

Donde b es el ancho de la columna y Le = Raz cuarta (4Ec.I/KB)

En las zonas ssmicas es preferible que las placas y cimientos sean rgidos para

que integren los elementos portantes y compatibilicen los desplazamientos

laterales. Esto ltimo significa que al estar acoplados los elementos estructurales

a un cimiento que no puede alabearse, solo desplazarse, dichos elementos se

desplazaran en su base todos al tiempo. El cimiento ser el autobs y los

elementos estructurales, los pasajeros.


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CIMENTACIONES FLEXIBLES

En las cimentaciones de tipo flexible la distribucin de deformaciones a nivel de

seccin puede considerarse lineal, y es de aplicacin la teora general de flexin.

Dentro del grupo de cimentaciones flexibles se encuentran:

Los encepados, cuyo vuelo V en la direccin principal de mayor vuelo es mayor

que 2h.

Las zapatas, cuyo vuelo V en la direccin principal de mayor vuelo es mayor que 2h.

Zapatas flexibles:

Diseo Estructural

Armado a flexin simple Verificacin a cortante

Verificacin a punzonamiento


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Clculo de zapatas flexibles

Armado a Flexin: Dimensionado a momento flector con el momento mximo

en seccin situada a 0.15a de la cara de soporte, hacia su interior, siendo a

el lado del soporte.

Verificacin a Cortante: Dimensionado a esfuerzo cortante con el cortante

mximo en seccin situada a un canto d de la cara del soporte.

Verificacin a punzonamiento: seccin de referencia S3, formado por el

permetro crtico u1, calculado sin armadura de punzonamiento.

En este caso el momento flector sobre la seccin de referencia es:


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Para el esfuerzo cortante, la seccin de referencia indica a una distancia d de la cara

del pilar.

La comprobacin a punzonamiento, es definido en la siguiente:


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Anclaje de la Armadura inferior

Con los significados anteriormente indicados. En cuanto los anclajes, si se hacen por

adherencia se deber proceder del siguiente modo: (tambin es aplicable a zapatas

rgidas con v>h).


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Expresando todas las dimensiones en mm.

El anclaje tambin puede realizarse, como en el caso de zapatas rgidas, con

soldadura de una barra transversal al final de la armadura principal.

En el caso de zapatas cuadradas la disposicin de armaduras ser idntica en ambas

direcciones.

En el caso de zapatas rectangulares la armadura principal (paralela al lado L) se

distribuye uniformemente. La armadura paralela al lado menor se reparte de forma que

la armadura transversal necesaria As.tr se distribuya en una proporcin.

En un ancho B a ambos lados del soporte y el resto uniformemente en los dos

extremos, aunque en la prctica se mantiene la misma separacin de los redondos.

Nunca una direccin tendr una armadura inferior al 20% por unidad de anchura

respecto a la ortogonal, por lo que en el caso de que la armadura transversal sea

exclusivamente una armadura de reparto, se tomar:

Como es razonable elegir los redondos de la armadura de reparto del mismo dimetro

que las barras de la armadura longitudinal, y teniendo en cuenta que la relacin

psima de reparaciones entre redondos es 10 cm y 30 cm, se tomar como longitud

neta de anclaje para la armadura transversal lb.neta.tr el valor:

Como recomendaciones indicaremos que el espesor mnimo para zapatas de

concreto armado debe ser 25 cm. Se recomienda utilizar redondos tal que 12

25 (es preferible no superar el dimetro 20). La separacin entre dichos redondos ser


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tal que 10 S 30 cm. Las armaduras obtenidas se prolongarn sin reduccin de un

borde a otro de la zapata.

Asimismo, se debe disponer de una capa de concreto de limpieza en la base del

cimiento (que no se considera en el clculo) de espesor 10 cm. Como se ha indicado

anteriormente, si la zapata se hormigona contra el terreno (que es lo habitual), el

recubrimiento lateral ser de 70 mm. En el caso de zapatas excntricas se calcula la

armadura correspondiente a cada vuelo (rgida o flexible) y se prolonga en ambos

sentidos con la armadura ms resistente.

Encepado flexible

Elemento encargado de transmitir las solicitaciones del soporte a los pilotes y de

hacerlos trabajar de forma solidaria.

Clculo de Encepados Flexibles:

Se calculan de la misma forma que las zapatas flexibles, considerando las

secciones de referencia S1 (flexin), S2 (cortante) y S3 (punzonamiento en pilotes).


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Disposicin de Armaduras en Encepados:

Armadura Principal, uniendo los centros de los pilotes. Armadura Secundaria, en bandas (horizontal) y cercos (vertical).


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Perspectivas de Armaduras en Encepados


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CONCLUSIONES

Para determinar el tipo de cimentacin de acuerdo a su dimensin se tiene los siguientes parmetros

Cimentaciones Rgidas:

(Vmax 2h)

Metodo de bielas y Tirantes

No es necesario comprobacin a punzonamiento ni cortante

Cimentaciones Flexibles:

(Vmax> 2h)

Mtodo general de Flexin

Comprobacin a Cortante y Punzonamiento

Para determinar las cimentacin rigidas se debe hacer por el mtodo de Bielas y tirantes

Para cimentacin Flexin se calcula como elemento sometido a Flexin simple

De aqu se concluye que, si se quiere una construccin segura y econmica, se deben tener conocimientos en mecnica de suelos y diseo de cimentaciones.

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