Trabajo Final de Cimentaciones

 

CURSO

:

INGENIERÍA DE CIMENTACIONE CIMENTACIONESS

TEMA

:

DISEÑOS DE ZAPATAS

DOCENTE : ING: JHON ELIO GOMEZ VALLES ALUMNO :

ROMERO MARTIN ERENEO

CICLO

:

VIII

GRUPO

:

“C” 

“INGENIERÍA DE CIMENTACIONES”  

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DEDICATORIA:

El presente trabajo está dedicado a Dios y a mis padres por su apoyo incondicional

durante

mi

formación profesional.

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etapa

de

 

INFORME N° 002 – 2017 – UDH:

INGENIERA DE CIMENTACIONES

AL SEÑOR

: ING: JHON ELIO GÓMEZ VALLES

DE

: GRUPO C

ASUNTO

: DISEÑO DE ZAPATAS DE UNA EDIFICACIÓN

REFERENCIA : INGENIERÍA DE CIMENTACIONE CIMENTACIONESS FECHA

: 07 DE JULIO DEL 2017

Tengo el agrado de dirigirme a usted para saludarlo y a la vez presentarle el informe del estudio del diseño de determinación de cargas cargas y diseño de zapatas correspondiente al curso de ingeniería de cimentaciones. Sin otro particular, le renuevo las muestras de nuestra especial consideración y estima personal.

Atentamente,

-------------------------------------

El alumno

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I. 

PRESENTACION En este trabajo queremos llevar a

investigar

sobre la gran importancia que tiene a conocer sobre las cimentaciones de una edificación donde a base de las cargas vivas, cargas muertas, carga por sismo, según todos los tipos de carga será diseñada los diferentes tipos de las zapatas de dicha edificación. La importancia vital para poder aprender y conocer cómo se debe de diseñar las zapatas según el lugar donde va a ser construido la edificación, ya teniendo el conocimiento de las cargas que cuenta la edificación donde está basado según el reglamento nacional de edificaciones. Se debe de hacer un trabajo que garantiza la seguridad seguridad de la estructura de los elementos de cimentación en relación con el terreno y efectuar las comprobaciones de capacidad portante (resistencia y estabilidad) y aptitud al servicio que establece establece en las

dimensiones de las

zapatas que serán obtenidos de acuerdo a las cargas que serán sometidos a dicha zapata.

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II. 

INTRODUCCIÓN 

La cimentación es aquella estructura aquella estructura que se encarga de transmitir las cargas al terreno, distribuyéndolas de forma que la presión admisible no debe ser superada en cada parte de la edificación y no produzca cargas zonales, teniendo en cuenta las características del suelo, del suelo, se  se va a elegir ele gir el tipo de cimentación a desarrollar. Transmiten las fuerzas originadas por el peso propio de la estructura y sobrecargas que posteriormente actuarán sobre esta, resiste todas las cargas puntuales y las apoya en el terreno con firmeza, mediante comprensión vertical. Es evidente que para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento razonable ha de contar con una u na cimentación adecuada. Aunque la cimentación es algo que no llama la atención y para inadvertida por los usuarios de la estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de sus partes suele a veces exigir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el mejor criterio del que normalmente necesita para redactar el proyecto. La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el que la estudia y proyecta. El constructor podrá tener problemas para realizar lo que figura en los planos y especificaciones pero no es responsable del mal criterio que se haya seguido para concebir y diseñar el proyecto. La naturaleza ha dispuesto los materiales en el sitio en que se encuentran en una forma caprichosa, y es difícil averiguar cuál será el comportamiento de estos materiales cuando sean sometidos a la acción de las cargas; las aguas pueden arrastrar el terreno o inundar la estructura, las masas de hielo o los vendavales pueden ejercer presiones de magnitud desconocida; las heladas pueden dar origen a levantamientos y hundimientos.

GENERALIDADES  El presente proyecto de ingeniería de cimentaciones cimentaciones formara parte del proyecto proyecto correspondiente de dicho plano donde indicara sus respectivos datos completos y el tipo de edificación que va ser construido con diferentes tipos de zapatas que a base de ello trasmitirá la carga de la edificación al suelo.

OBJETIVO  El objetivo es establecer los requisitos para la ejecución de La Estructura y el Predimensionamiento de los elementos estructurales estructurales que debe de estar correctamente al al Reglamento Nacional de Edificaciones para para un mejor diseño. La estructura del edificio edificio debe tener garantía a la estabilidad estabilidad e intentando intentando evitar daños a los materiales estructurales y no estructurales para así poder promover la utilización racional de los recursos.

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III. 

CIMENTACIONES

DEFINICIÓN: la cimentación es la parte de la estructura encargadas de transmitir las cargas al terreno terreno dado que la resistencia resistencia y la rigidez son salvo raros raros casos muy inferiores a la estructura. La cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los soportes y muros de carga. Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable con respecto al volumen de las piezas de la estructura los cimientos se construyen en variablemente en hormigón armado y en general se emplea en ellos hormigón de calidad relativamente baja ya que no resulta interesante económicamente el empleo de hormigones de resistencia mayores. Para realizar una buena cimentación es necesario un conocimiento previo del terreno en la que se va a construir la estructura en correcta clasificación de los materiales del sub suelo en un paso muy importante para cualquier trabajo de cimentación porque proporciona los primeros datos sobre las experiencias que puede ser anticipado durante y después de la construcción.

IV. 

OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS DE SUELOS

4.1. 

CASOS DONDE EXISTE OBLIGATORIEDAD: Es obligatorio efectuar el

EMS en los siguientes casos: a)  Edificaciones en general, que alojen gran cantidad de personas, equipos costosos o peligrosos, tales como: colegios, universidades, hospitales y clínicas, estadios, cárceles, auditorios, templos, salas de espectáculos, museos, centrales telefónicas, estaciones de radio y televisión, estaciones de bomberos, archivos y registros públicos, centrales de generación de electricidad, sub-estaciones eléctricas, silos, tanques de agua y reservorios. b)  Cualquier edificación no mencionada en a) de uno a tres pisos, que ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2 de área techada en planta. edificación no mencionada en a) de cuatro o más pisos de altura, cualquiera c)  Cualquier que sea su área. d)  Edificaciones industriales, fábricas, talleres o similares. e)  Edificaciones especiales cuya falla, además del propio colapso, represente peligros adicionales importantes, tales como: reactores atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo. f)  Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes, pilares o plateas de fundación. g)  Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad.

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4.2. 

CASOS DONDE NO EXISTE OBLIGATORIEDAD

Sólo en caso de lugares con condiciones de cimentación conocida, debidas a depósitos de suelos uniformes tanto vertical como horizontalmente, sin problemas especiales, con áreas techadas en planta menores que 500 m2 y altura menor de cuatro pisos, podrán asumirse valores de la Presión Admisible del Suelo, profundidad de cimentación y cualquier otra consideración concerniente a la Mecánica de Suelos, las mismas que deberán figurar en un recuadro en el plano de cimentación con la firma del

PR  que efectuó la estimación, quedando bajo su responsabilidad la información

proporcionada. La estimación efectuada deberá basarse en no menos de 3 puntos de investigación hasta la profundidad mínima “p” . El PR no podrá delegar de legar a terceros dicha responsabilidad. En caso que la estimación indique la necesidad de usar cimentación especial, profunda o por platea, se deberá efectuar un EMS.

4.3. 

PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN MÍNIMO - PIM

El Programa de Investigación aquí detallado constituye el programa mínimo requerido por un EMS.

a)  CONDICIONES DE FRONTERA: Tienen como objetivo la comprobación de las características del suelo, supuestamente iguales a las de los terrenos colindantes ya edificados. Serán de aplicación cuando se cumplan simultáneamente las siguientes condiciones:  

No existen en los terrenos colindantes grandes irregularidades como afloramientos rocosos, fallas, ruinas arqueológicas, estratos erráticos, rellenos o cavidades.   No existen edificaciones situadas a menos de 100 metros del terreno a edificar que presenten anomalías como grietas o desplomes originados por el terreno de cimentación.   

El tipo de edificación a cimentar es de la misma o de menor exigencia que las edificaciones situadas a menos de 100 metros.   El número de plantas del edificio a cimentar (incluidos los sótanos), la modulación media entre apoyos y las cargas en éstos son iguales o inferiores que las correspondientes a las edificaciones situadas a menos de 100 metros.   Las cimentaciones de los edificios situados a menos de 100 metros y la prevista para el edificio a cimentar son de tipo superficial.   La cimentación prevista para el edificio en estudio no profundiza respecto de las contiguas más de 1,5 metros.

b)  NÚMERO “N” DE PUNTOS DE INVESTIGACIÓN: El número de puntos de investigación se determina en función del tipo de edificación edificación y del área de la superficie a ocupar por ésta.

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 

(n) nunca será menor de 3, Cuando se conozca el emplazamiento exacto de la estructura, n se determinará en función del área en planta de la misma; cuando no se conozca dicho emplazamiento, n se determinará en función del área total del terreno.

c)  PROFUNDIDAD “P” MÍNIMA A ALCANZAR EN CADA PUNTO DE INVESTIGACIÓN 1.  CIMENTACIÓN SUPERFICIAL: Se determina de la siguiente manera: EDIFICACIÓN SIN SÓTANO: p = D f + z   EDIFICACIÓN CON SÓTANO: P= h + D f + z  

DONDE: Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno hasta el fondo de la cimentación. En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el fondo de la cimentación. h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural. z = 1,5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área.   En el caso de ser ubicado dentro de la profundidad activa de cimentación el estrato resistente típico de la zona, que normalmente se utiliza como plano de apoyo de la cimentación, a juicio y bajo responsabilidad del PR, se podrá adoptar una profundidad z  menor a 1,5 B. En este caso la profundidad mínima de investigación será la profundidad del estrato resistente más una profundidad de verificación no menor a 1 m. 

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2.  CIMENTACIÓN PROFUNDA: La profundidad mínima de investigación, corresponderá a la longitud del elemento que transmite la carga a mayores profundidades (pilote, pilar, etc.), más la profundidad z.  p= h+ Df + z

DONDE: Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno hasta el extremo de la cimentación profunda (pilote, pilares, etc.). En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el extremo de la cimentación profunda. h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural. z = 6,00 metros, en el 80 % de los sondeos. Z = 1,5 B, en el 20 % de los sondeos, siendo B el ancho de la cimentación, delimitada por los puntos de todos los pilotes o las bases de todos los pilares. En el caso de ser conocida la existencia de un estrato de suelo resistente que normalmente se utiliza como plano de apoyo de la cimentación en la zona, a juicio y bajo responsabilidad del PR, se podrá adoptar para p, la profundidad del estrato resistente más una profundidad de verificación, la cual en el caso de cimentaciones profundas no deberá ser menor de 5 m.

d)  DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE INVESTIGACIÓN: Se distribuirán adecuadamente, teniendo en cuenta las características y dimensiones del terreno así como la ubicación de las estructuras previstas cuando éstas estén definidas.

V. 

MEMORIA DESCRIPTIVA PROYECTO: VIVIENDA UNIFAMILIAR

a.  GENERALIDADES DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO PROVINCIA

: Huánuco : Huánuco

DISTRITO ZONIFICACIÒN

: amarilis : urbana

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b.  ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION DEL PROYECTO

El distrito de amarilis se encuentra enmarcado, dentro de la  jurisdicción de la Región Huánuco, en dicha ciudad de amarilis se encuentra ubicado la vivienda unifamiliar. c.  DESCRIPCION GENERAL DEL AREA DEL PROYECTO

UBICACIÓN POLÍTICA Se encuentra ubicada al al Este de la Ciudad de Huánuco. Huánuco.

Región : Huánuco. Provincia : Huánuco Distrito : Amarilis Lugar : Fonavi ll UBICACIÓN GEOGRAFICA Del lugar geográficamente se ubica:

Altitud Latitud Sur

: 1880 y 1890 m.s.n.m : 09°55’45" (Según la línea ecuatorial) 

Longitud Oeste

Greenwich) h)  : 76°28’10 (Del meridiano de Greenwic

LÍMITES Y ACCESOS LIMITES Los límites del terreno son:

Por el norte : Vía colectora (Vivienda multifaliar). Por el sur : Llicua alta (Vivienda multifaliar). Por el este : Los Portales (Vivienda multifaliar). Por el oeste : Huánuco (Vivienda multifaliar). MAPA N° 01: Ubicación de la Región Huánuco

Huánuco

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MAPA N° 01: Ubicación del d distrito istrito de Amarilis.

Amarilis

MAPA N° 02: Localización del terreno en la Provincia de Huánuco

Ubicación de vivienda

d.  Resumen de las Condiciones de Cimentación: Descripción resumida de todos y cada uno de los tópicos principales del informe: Tipo de cimentación. Estrato de apoyo de la cimentación. Parámetros de diseño para la cimentación (Profundidad de la Cimentación, Presión Admisible, Factor de Seguridad por Corte y Asentamiento Diferencial o Total). Agresividad del suelo a la cimentación. Recomendaciones adicionales.

e.  Información Previa: Descripción detallada de la información recibida de quien solicita el EMS y de la recolectada por el PR de acuerdo a la Sección 2.1.

f.  Exploración de Campo: Descripción de los pozos, calicatas, trincheras, perforaciones y auscultaciones, así como de los ensayos efectuados, con referencia a las Normas empleadas. “INGENIERÍA DE CIMENTACIONES”  

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g.  Ensayos de Laboratorio: Descripción de los ensayos efectuados, con referencia a las Normas empleadas.

h.  Perfil del Suelo: Descripción de los diferentes estratos que constituyen el terreno investigado indicando para cada uno de ellos: origen, nombre y símbolo del grupo del suelo, según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos - SUCS, NTP 339.134 (ASTM D 2487), plasticidad de los finos, consistencia o densidad relativa, humedad, color, tamaño máximo y angularidad de las partículas, olor, cementación y otros comentarios (raíces, cavidades, etc.), de acuerdo a la NTP 339.150 (ASTM D 2488).

i.  Nivel de la Napa Freática: Ubicación de la napa freática, indicando la fecha de medición y comentarios sobre su variación en el tiempo.

 j.  Análisis de la Cimentación: Descripción de las características físico – mecánicas de los suelos que controlan el diseño de la cimentación. Análisis y diseño de solución para cimentación. Se incluirá memorias de cálculo en cada caso, en la que deberán indicarse todos los parámetros utilizados y los resultados obtenidos. En esta Sección se incluirá como mínimo: Memoria de cálculo. Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera. Profundidad de cimentación (Df ). Determinación de la carga de rotura al corte y factor de seguridad (FS). Estimación de los asentamientos que sufriría la estructura con la carga aplicada (diferenciales y/o totales). Presión admisible del terreno. Indicación de las precauciones especiales que deberá tomar el diseñador o el constructor de la obra, como consecuencia de las características particulares del terreno investigado (efecto de la napa freática, contenido de sales agresivas al concreto, etc.) Parámetros para el diseño de muros de contención y/o calzadura. Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción de las estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo.

k.  Efecto del Sismo: En concordancia con la NTE E.030 Diseño Sismorresistente, el EMS proporcionará como mínimo lo siguiente: El Factor de Suelo (S) y El Período que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (Tp(S)). Para una condición de suelo o estructura que lo amerite, el PR deberá recomendar la medición “in situ” del Período Fundamental del Suelo, a   partir del cual se determinarán los parámetros indicados. En el caso que se encuentren e ncuentren suelos granulares saturados sumergidos de los tipos: arenas, limos no plásticos o gravas contenidas en una matriz de estos materiales, el EMS deberá evaluar el potencial de licuefacción de suelos.

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5.1. 

METRADOS DE CARGAS DE MUROS

El metrados de muros consiste en asignarle a cada muro la carga que le corresponde de las losas por áreas tributarias tributarias de cada uno de estos. Las áreas tributarias se determinan mediante el método del sobre carga. Las cargas que reciben los muros corresponden a su peso propio, la porción de área tributaria de las losas macizas, piso terminado, tabiquería y sobrecarga y La distribución de áreas tributarias en planta

VI. 

CONSIDERACIONESS GENERALE CONSIDERACIONE GENERALESS PARA EL DISEÑO

a. 

DISEÑO DE CIMIENTOS CORRIDOS: Es el tipo de cimentación directo

superficial de medidas longitudinales superiores a las transversales que transmite directamente las cargas al terreno y esfuerzos originales por los elementos de las súper estructura donde la profundidad no será menor a 50cm y su ancho no menor a 40cm pero sin embargo es necesario protegerlos de las filtraciones de aguas superficiales y condiciones fuertes de temperatura se opta por 80cm. b.  DISEÑO A LA ROTURA: También llamado diseño por resistencia, este método consiste en dotar a la sección en análisis de una resistencia (capacidad), igual o mayor a la resistencia requerida (demanda). La resistencia de diseño se define como la resistencia nominal de la sección en análisis multiplicada por los factores de reducción de resistencia (menores a la unidad). Por otro lado, la resistencia requerida es la que se obtiene al multiplicar las combinaciones de carga por los factores de amplificación.

VII. 

ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA

Se entiende al as cargas por la cual esta sometida a la estructura las cuales deben ser consideradas en el diseño.

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A.  TIPOS DE ACCIONES QUE EXISTEN Acciones permanentes (cargas muertas): son aquellas cuyas intensidades no varían con el tiempo en su carga permanente que incluye el peso propio de todo los elementos de la edificación tales como. Cimentación, muros portantes, losas, vigas, v igas, columnas, puertas, ventanas, instalaciones constituyendo constituyendo lo que se le conoce como carga carga muerta.

Acciones variables (carga viva):  son aquellos cuya intensidad varia con el tiempo dentro de estas acciones están los esfuerzos de gravedad que actúan sobre una estructura y que no son permanentes todas las personas, muebles, mercancillas, en general todo aquello que pueda cambiar de lugar en forma manual con relativa facilidad al conjunto de estas acciones se le conoce como cargas vivas. Cargas accidentales o carga sísmica:  estas acciones se caracterizan por tomar valores significativas solo durante pequeños fracciones de tiempo dentro de esta categoría se incluye principalmente el sismo y el viento donde se idealiza como cargas horizontales. 

Combinaciones de carga y factores de amplificación pu = 1.4 CM + 1.7 CV pu = 1.25 (CM + CV) ± CS pu = 0.9 CM ± CS

Donde: CM: Carga muerta CV: Carga viva CS: Carga de sismo

Factores de reducción de resistencia Flexión _ = 0.9 Cortante _ = 0.85 Carga axial _ = 0.7

Para las diferentes solicitaciones las resistencias nominales que deben satisfacerse son: Flexión _Mn _ Mu Cortante _Vn _ Vu Carga axial _Pn _ Pu

VIII. 

ANTESCEDENTES ANTESCEDEN TES QUE SE DAN A CONOCER DEL PROYECTO

La elaboración de Metrados Metrados de Cargas fue realizada realizada en base a los planos planos de arquitectura y estructura. El presente proyecto debe de estar diseñado según los módulos típicos de acuerdo a las normas vigentes del RNE, así mismo se realizara el metrados de cargas de dicho proyecto en base al RNE.

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El proyecto fue planteado planteado por la necesidad de la vivienda, necesidad que debe ser cubierta de manera adecuada, con una infraestructura qu que e sea funcional y seguro, así pudiendo satisfacer la dicha necesidad de la persona.

a.  DESCRIPCIÓN DE LA OBRA:

El proyecto “VIVIENDA MULTIFAMILIAR”, incluye la construcción de 04 niveles más Azotea Azotea con ambientes ambientes para estacionamiento, cocinalavadero, sala-comedor, dormitorio, sala de estudios, servicio higiénico y ascensor hasta el último nivel; así también se realizara la construcción de obras exteriores y complementarias, instalación de los sistemas de agua y desagüe, drenaje pluvial, e instalaciones eléctricas. Como parte del proyecto se incluye también la implementación de equipamiento y mobiliario para todos los ambientes.

IX.  MEMORIA METRADOS DE CARGA a.  CONSIDERACIONES PARA EL METRADO DE CARGA MUERTA: Para el diseño del sistema estructural de los módulos seleccionados se ha tenido en cuenta las cargas y sobrecargas del Reglamento Nacional de Edificaciones donde: Peso Específico concreto armado

2400 kg/m3

Peso de tabiquería liviana

50 kg/m2

Peso losa aligerada h=0 20 m.

300 kg/m2

Peso de acabados

100 kg/m2

Los cálculos se han desarrollado de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones, cumpliendo con las siguientes normas para el Cálculo y Diseño:  

Norma E-010: Madera

 

Norma E-020: Cargas

 

Norma E-030: Diseño Sismo-resistente

 

Norma E-050: Suelos y Cimentaciones

 

Norma E-060: Concreto Armado

 

Norma E-070: Albañilería.

b.  CONSIDERACIONES PARA EL METRADO DE CARGA VIVA: Para el diseño del sistema estructural se ha tenido en cuenta las cargas vivas mínimas repartidas del Reglamento Nacional de Edificaciones E.020 donde:

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c. CARGAS CARGAS VIVAS MÍNIMAS REPARTIDAS OCUPACIÓN O USO 

CARGAS REPARTIDAS REPARTIDAS kPa (Kgf/m2)

Almacenaje Baños

5,0 (500) Igual a la carga principal del resto del área, sin que sea necesario que exceda de 3,0 (300)

Bibliotecas Salas de lectura Salas de Almacenaje con estantes fijos (no apilables Corredores y escaleras Centros de Educación  Aulas Talleres  Auditorios, Gimnasios, Gimnasios, etc. Laboratorios Corredores y escaleras Garajes Para parqueo exclusivo de vehículos de pasajeros, con altura de entrada menor que 2,40 m Para otros vehículos Hospitales Salas de operación, laboratorios, y áreas de servicio Cuartos Corredores y escaleras Hoteles Cuartos Salas Públicas  Almacenaje y servicios Corredores y escaleras Industria Instituciones Penales Celdas y zona de habitación Zonas públicas Corredores y escaleras Lugares de Asamblea Con asientos fijos Con asientos movibles Salones de baile, restaurantes, museos, gimnasios y vestíbulos de teatros y cines. Graderías y tribunas Corredores y escaleras Oficinas (*) Exceptuando salas de archivo y computación

3,0 (300) 7,5 (750)

Salas de archivo Salas de computación

4,0 (400) 2,5 (250) 3,5 (350) De acuerdo a lugares lugares de asambleas asambleas 3,0 (300) 4,0 (400) 2,5 (250)

Ver 9.3 3,0 (300) 2,0 (200) 4,0 (400) 2,0 (200) De acuerdo a lugares de asambleas 5,0 (500) 4,0 (400)

Ver 6.4 2,0 (200) De acuerdo a lugares de asamblea 4,0 (400) 3,0 (300) 4,0 (400) 4,0 (400)

5,0 (500) 5,0 (500) 2,5 (250) 5,0 (500) 2,5 (250) Ver 6.4

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Corredores y escaleras Teatros Vestidores Cuarto de Proyección Escenario Zonas Públicas Tiendas Corredores y escaleras

2,0 (200) 3,0 (300) Ver 6.4 750 De acuerdo a lugares de asamblea 5,0 (500) 5,0 (500)

Viviendas Corredores y escaleras

2,0 (200) 2,0 (200)

X. 

4,0 (400)

ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN

10.1.  CARGAS A UTILIZAR: Para la elaboración de las conclusiones del EMS, y en caso de contar con la información de las cargas de la edificación, se deberán considerar: a)  Para el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones: ci mentaciones: se utilizarán como cargas aplicadas a la cimentación, las Cargas de Servicio que se utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo de la edificación. b)  Para el cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos  se deberá considerar la máxima carga vertical que actúedel (Carga granulares: más Carga Viva más Sismo) utilizada para el diseño de las columnas nivelMuerta más bajo de la edificación.

c)  Para el cálculo de asentamientos en suelos cohesivos: se considerará la Carga Muerta más el 50% de la Carga Viva, sin considerar la reducción que permite la Norma Técnica de Edificación E .020 Cargas. d)  Para el cálculo de asentamientos, en el caso de edificaciones con sótanos en las cuales se empleé plateas o losas de cimentación, se podrá descontar de la carga total de la estructura (carga muerta más sobrecarga más el peso de losa de cimentación) el peso del suelo excavado para la construcción de los sótanos.

10.2.  ASENTAMIENTO TOLERABLE: En todo EMS se deberá indicar el asentamiento tolerable que se ha considerado para la edificación o estructura motivo del estudio. En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar como el 75% del asentamiento total.

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10.3.  CAPACIDAD DE CARGA: La capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo y se determina utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos. En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-arcillosa), se empleará un ángulo de fricción interna () igual a cero. En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-arenosas), se empleará una cohesión (c) igual a cero.

10.4.  FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A UNA FALLA POR CORTE: Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes: a.  Para cargas estáticas: 3,0. de sfavorable): 2,5 b.  Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable):

10.5.  PRESIÓN ADMISIBLE: La determinación de la Presión Admisible, se a.  b.  c.  d.  e.  f. 

efectuará tomando en cuenta los siguientes factores: Profundidad de cimentación. Dimensión de los elementos de la cimentación. Características físico – mecánicas de los suelos ubicados dentro de la zona activa de la cimentación. Ubicación del Nivel Freático, considerando su probable variación durante la vida útil de la estructura. Probable modificación de las características físico – mecánicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. Asentamiento tolerable de la estructura. e structura.

La presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante: La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. La presión que cause el asentamiento admisible.

10.6.  CIMENTACIONES SUPERFICIALES SUPERFICIALES Son aquellas en las cuales la relación Profundidad / ancho (Df/B) es es a.  DEFINICIÓN: menor o igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma. Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación. b.  PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN: La profundidad de cimentación de zapatas y cimientos corridos, es la distancia desde el nivel de la superficie del terreno a la base de la cimentación, excepto en el caso de edificaciones con sótano, en que la profundidad de cimentación estará referida al nivel del piso del sótano. En el caso de plateas o losas de cimentación la profundidad será la distancia del fondo de la losa a la superficie del terreno natural. La profundidad de cimentación quedará definida por el  PR y estará condicionada a cambios de volumen por humedecimiento-secado, hielo deshielo o condiciones

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particulares de uso de la estructura, no debiendo ser menor de 0,80 m en el caso de zapatas y cimientos corridos. Las plateas de cimentación deben ser losas rígidas de concreto armado, con acero en dos direcciones y deberán llevar una viga perimetral de concreto armado cimentado a una profundidad mínima de 0,40 m, medida desde la superficie del terreno o desde el piso terminado, la que sea menor. El espesor de la losa y el peralte de la viga perimetral serán determinados por el PR de las estructuras, para garantizar la rigidez de la cimentación. Si para una estructura se plantean varias profundidades de cimentación, deben determinarse la carga admisible y el asentamiento diferencial para cada caso. Deben evitarse la interacción entre las zonas de influencia de los cimientos adyacentes, de lo contrario será necesario tenerla en cuenta en el dimensionamiento de los nuevos cimientos.

10.7.  CIMENTACIÓN SOBRE RELLENOS a.  DEFINICIÓN: Los rellenos son depósitos artificiales que se diferencian por su naturaleza y por las condiciones bajo las que son colocados. Por su naturaleza pueden ser:

b.  Materiales seleccionados: todo tipo de suelo compactable, con partículas no mayores de 7,5 (3”), con 30% o menos de material retenido en la malla ¾” y sin elementos distintos de los suelos naturales. c.  Materiales no seleccionados: todo aquél que no cumpla con la condición anterior. Por las condiciones bajo las que son colocados: Controlados. No controlados.

10.8.  CIMENTACIONES SUPERFICIALES SUPERFICIALES EN TALUDES a.  DEFINICIÓN: En el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de laAdicionalmente cimentación, sidebe la hubiera. verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia de la estructura. El factor de seguridad mínimo del talud, en consideraciones estáticas debe ser 1,5 y en condiciones sísmicas 1,25.

XI. 

PROBLEMAS ESPECIALES DE CIMENTACIÓN

11.1.  SUELOS COLAPSABLES: Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de las siguientes acciones: Al ser sometidos a un incremento de carga o Al humedecerse o saturarse 11.2.  OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS: En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos debido a la existencia de “INGENIERÍA DE CIMENTACIONES” 

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suelos colapsables, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129 (ASTM D4318), del ensayo para determinar el peso volumétrico NTP 339.139 (BS 1377), y del ensayo de humedad NTP 339.127 (ASTM D2216), con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función del Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco. La relación entre los colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la gráfica siguiente:

11.3.  EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO: Cuando el PR encuentre

evidencias de la existencia de suelos colapsables deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo de Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163 (ASTM D 5333). Las muestras utilizadas para la evaluación de colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada. El potencial de colapso (CP) se define mediante la siguiente expresión:

Δe = Cambio en la relación de vacíos debido al colapso bajo humedecimiento.

e0 = Relación de vacíos inicial. de altura de la muestra. ΔHc= Altura = Cambio H0 inicial de la muestra. El PR establecerá la severidad del problema de colapsabilidad mediante los siguientes criterios:

De manera complementaria, pueden utilizarse pruebas de carga en estado seco y humedecido ASTM1194. El objetivo de las mismas será realizar un análisis comparativo del comportamiento del suelo en su condición natural, con relación a su comportamiento en condición húmeda. “INGENIERÍA DE CIMENTACIONES”  

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11.4.  CIMENTACIONES EN ÁREAS DE SUELOS COLAPSABLES.  Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (CP>5) están sometidas a grandes fuerzas causadas por el hundimiento violento del suelo, el cual provoca asentamiento, agrietamiento y ruptura, de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto no está permitido cimentar directamente sobre suelos colapsables. La cimentación y los pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos colapsables.

11.5.  ATAQUE QUÍMICO POR SUELOS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS a.  DEFINICIÓN: Las aguas subterráneas son más agresivas que los suelos al estado seco; sin embargo el humedecimiento de un suelo seco por riego, filtraciones de agua de lluvia, fugas de conductos de agua o cualquier otra causa, puede activar a las sales solubles. Esta Norma solo considera el ataque externo por suelos y aguas subterráneas y no toma en cuenta ningún otro tipo de agresión. b.  OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS: En los lugares con Napa Freática en la zona activa de la cimentación o donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de ataque químico al concreto de cimentaciones y superestructuras, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en ensayos químicos del agua o del suelo en contacto con ellas, para descartar o contrarrestar tal evento.

c.  ATAQUE QUÍMICO POR SUELOS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS ATAQUE ÁCIDO: En caso del Ph sea menor a 4,0 el PR, deberá proponer medidas de protección adecuado, para proteger el concreto del ataque ácido. ATAQUE POR SULFATOS: La mayor parte de los procesos de destrucción causados por la formación de sales son debidos a la acción agresiva de los sulfatos. La corrosión de los sulfatos se diferencia de la causada por las aguas blandas, en que no tiene lugar una lixiviación, sino que la pasta endurecida de cemento, a consecuencia de un aumento de volumen, se desmorona y expansiona, formándose grietas y el ablandamiento del concreto. ATAQUE POR CLORUROS: Los fenómenos corrosivos del ión cloruro a las cimentaciones se restringe al ataque químico al acero de refuerzo del concreto armado. Cuando el contenido de ion cloro sea determinado mediante la NTP 400.014, sea mayor 0,2 %, o cuando el contenido de ion cloro en contacto cimentación en el agua se ha determinado por NTP 339.076 (sea mayor de 1000 ppm) el PR debe recomendar las mediadas de protección necesaria.

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EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE EXPANSIÓN: Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos expansivos deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo para la Determinación del Hinchamiento Unidimensional de suelos cohesivos según NTP 339.170 (ASTM D 4648). Las muestras utilizadas para la evaluación del hinchamiento deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.

XII. 

MARCO TEORICO DE LOS TIPOS DE CIMENTACION

12.1. ZAPTAS AISLADAS: se hace el hipótesis que son rígidos y el suelo que la separa consta de capas elásticas en consecuencia se pude suponer de la distribución de las presiones del suelo es uniforme.  Cuando interviene cargas concentradas muy fuertes se ha comprobado que la cortante y no la flexión controlan la mayoría de los diseños de las cimentaciones. El estado de esfuerzos en cualquier elemento de la zapata se debe principalmente a los efectos combinados de la cortante la flexión y la compresión axial. Las cimentaciones de columna exterior pueden estar sujetas a cargas excéntricas. Si la excentricidad es grande, puede resultar esfuerzo de tracción sobre un lado de cimentación. Es recomendable dimensionar de manera que la carga este dentro del tercio central de manera de evitar esfuerzos de tracción en el suelo. 

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A.  PASOS PARA HACER EL DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS 1.  Hallar el esfuerzo neto del terreno

 =       /  σn = esfuerzo neto del terreno    σt = capacidad portante    hf = profundidad de cimentación   γs = densidad de peso unitario promedio del suelo  

 

s/c = sobre carga.

2.  Hallar el área de la zapata (dimensionamiento en planta):

Para zapatas cuadradas y rectangulares Az = AXB = (2n+t)(2m+b) 

  = √   + =

−   

− √   +   

3.  Funcionamiento de la altura de la zapata: la sección debe de resistir por corte. Calculo de la carga ultima    Pu= 1.4D+ 1.7L   Pu= 1.25(D+L+S)   Pu= 0.9D+1.1S   AZ = (pu+pz)/ σn = es para cargas amplificadas   AZ = (pu+pL)/ σn = es para cargas por servicio Cortante por punzonamiento  Wn= pu/Az

Calculo de la altura efectiva de la zapata Vc= es el esfuerzo cortante actuante. Vuc = es el esfuerzo permisible del cortante por punzonamiento. Vuc= ᶲ1.1√fc  Vc= vo/ (boxd) vo = wn x Ap Ap = AXB - (b+d)(t+d)

12.2. ZAPATA CONECTADA: La zapata conectada está constituida por una zapata excéntrica y una zapata zapata interior unida por una viga de conexión conexión rígida, que permite permite controlar la rotación de la zapata zapata excéntrica correspondiente a la columna columna perimetral. Se considera una solución económica, especialmente para para distancias entre entre ejes de columnas mayores de 6m. Usualmente es más económico que la zapata combinada. Estructuralmente se tienen dos zapatas aisladas, siendo una de ellas excéntricas, Estructuralmente la que está en el límite de propiedad y diseñada bajo bajo la condición de presión presión uniforme “INGENIERÍA DE CIMENTACIONES”  

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del terreno; el momento de flexión debido a que la carga de la columna y la resultante de las presiones del terreno no coinciden, es resistido por una viga de conexión rígida que une las dos columnas que forman la zapata conectada. La viga de conexión debe ser muy rígida para que se a compatible con el modelo estructural supuesto. La única complicación es la interacción interacción entre el suelo y el fondo de la viga. Algunos autores recomiendan que la viga no se apoye en el terreno, o que se apoye el suelo debajo de ella de de manera que solo resista resista su peso prop propio. io. Si se usa un ancho pequeño de 30 o 40 cm., este problema es de poca importancia importancia para el análisis.

12.3. ZAPATAS COMBINADAS: Es aquella que puede soportar cargas de dos o más columnas. Este tipo de cimentación se puede definir como aquella que puede soportar la carga de dos o más columnas. columnas. La principal consideración consideración que debe hac hacerse erse es el dimensionamiento de este tipo de zapatas zapatas es que el centroide del área deberá coincidir con la resultante de las cargas de las dos columnas para evitar excentricidades. También debe tomarse tomarse en cuenta que las dimensiones seleccionadas no sobrepasen la capacidad de carga del suelo y que los asentamientos sean aceptables. Como se mencionó anteriormente las zapatas combinadas se utilizan para evitar excentricidades, en ocasiones no es necesario utilizar una combinación ya que la excentricidad es pequeña y se puede alcanzar a diseñar normalmente el cimiento

12.4. ZAPATAS PARA MUROS: son franjas de concreto que se cuelan par quedar bajo los muros el tipo más común de zapatas para muros es aquel que consiste en una franja de sección rectangular colocado en sección simétrica respecto al muro proyectando una distancia igual como voladizo desde ambas caras de la pared para el esfuerzo del suelo la dimensión critica de la zapata zapata es el ancho de la parte superior de la zapata que se mide perpendicularmente a la superficie del muro. En paredes cargadas ligeramente el ancho mínima requerida por las consideraciones de las plataformas puede ser más convenientes en términos de esfuerzo “INGENIERÍA DE CIMENTACIONES”  

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de apoyo permisible sobre el suelos este es el caso la proyección corta desde la zapata de superficie del muro donde producirá esfuerzos de flexión y cortantes transversales dirigidos hacia el centro relativamente insignificantes permitiendo un espesor mínimo para la zapata y la omisión de esfuerzos e sfuerzos transversales.

 

Vu= wn(m-d) = cortante ultimo

Qvc= 0.85x0.53x√fc x b x d = permisible   Mu = (wn/8)(B-A)2 = momento máximo.  

12.5. DETALLES DEL REFUERZO a)  GANCHOS ESTÁNDAR: El término gancho estándar se emplea en esta Norma con uno de los siguientes significados: Un doblez de de 180º más una extensión de 4 db, pero no menor de 65 mm hasta el extremo libre la barra. Un doblez de 90º más una extensión de 12 db hasta el extremo libre de la barra. Para ganchos de estribos y ganchos de grapas suplementarias:   Para barras de 5/8‖ y menores, un doblez de 90º más una extensión de 6 db al extremo libre de la barra.   Para barras desde 3/4‖ hasta 1‖ inclusive, un doblez de 90º más una extensión de 12 db al extremo libre de la barra.   Para barras de 1‖ y menores, un doblez de 135º más una extensión de 6 db al extremo libre de la barra. barra. Los ganchos de los estribos y grapas suplementarias para elementos con responsabilidad sísmica se definen en 21.1.

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XIII. 

 

CONCLUSIONES

Con los valores esfuerzo ultimo considerados, no se espera problemas por asentamientos, ya que están por debajo de lo permisible.

 

En algunos casos es conveniente utilizar zapatas combinadas por las elevadas dimensiones que resulta en zapata aisladas.

 

Expuestas en este proyecto las razones que justifican la necesidad de dicha edificación con la aprobación y autorización para su construcción.

 

Un proyecto es la respuesta a una serie de necesidades referentes a la construcción de la vivienda vivienda multifamiliar donde donde se puede contar con todo los cálculos de cargas para de esa manera poder hacer un buen diseño de los tipos de zapatas que sean convenientes.

  Las dimensiones en planta de las zapatas se han obtenido con una tensión de

cálculo diferente para cada zapata que garantiza que no se supera la presión admisible por rotura del terreno y, al mismo tiempo, que los asientos no superan el valor máximo admisible establecido, controlando, así mismo, el asiento diferencial máximo admisible entre todas las zapatas establecido. 

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XIV. 

 

RECOMENDACIONES

Es importante realizar los metrados de cargas adecuado para que las dimensiones diseñadas sean lo más cercano correctos.

 

Para calcular los momentos que se generan en la base de la zapata es importante hacer uso del software, puesto que un cálculo manual es muy vicioso y puede ser que exista alguna falla de cálculo.



Se recomienda el estudio adecuado del diseño o el proyecto de la de dicha   edificación que debe ser elaborado elaborado por un ingeniero ingeniero colegiado.

 

es recomendable recomendable Todas las medidas que se verifiquen en obra Una Una vez iniciada la obra se deberá presentar muestra y especificaciones técnicas de los materiales donde serán aplicados para cada una de los modelos de cimentación o tipo de zapatas que se encuentra en dicha estructura.

 

Debe de ser recomendable Para garantizar la seguridad estructural de los elementos de cimentación en relación con el terreno y Efectuar las comprobaciones de capacidad portante (resistencia y estabilidad) y aptitud al servicio que establece el las combinaciones de carga más desfavorables para cada situación de dimensionado.

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XV. 

BIBLIOGRAFIA

Reglamento Nacional de Edificaciones –estructuras-ICG

Diseño de concreto armado, Roberto Morales Morales.

Diseño y construcción de cimientos, M.J.TOMILSON. La guía del cuaderno de cimentaciones

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XVI. 

ANEXOS

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