1: GENERALIDADES

1. TEMA:

ESTUDIO DE ZAPATAS Y DE CIMENTACIONES, TIPOS: CIMIENTO CORRIDO DE CONCRETO SIMPLE Y CONCRETO ARMADO; FACTORES EN EL DISEÑO, ZAPATA AISLADA DE CONCRETO ARMADO Y TRANSFERENCIA DE ESFUERZOS EN LA BASE DE LA COLUMNA. 

1.1 INTRODUCCIÓN:

Se estudiarán las estructuras que se apoyan en el suelo sean estos, edificios, puentes, represas los cuales están formadas básicamente por dos partes. La parte superior o súper estructura y la parte inferior o cimentación. La ingeniería de cimentaciones se conoce como el arte y la ciencia que trata de resolver los problemas de cimentaciones, aplicando criterios de Ingeniería y los conocimiento de mecánica de suelos. Las cimentaciones transmiten directamente las cargas de la estructura al suelo por contacto directo a través de columnas, muros, teniendo la cimentación la función de distribuir las cargas de tal forma que la capacidad portante de suelo pueda recibir las cargas sin que sufra asentamientos mayores a los permitidos por el análisis estructural en estudio.

Cimentaciones superficiales.

Cimentación profunda.

1.2 OBJETIVO:

El presente trabajo se ha desarrollado bajo un objetivo claro que es brindar a los estudiantes y profesionales de una herramienta que les permita obtener información actualizada y clara acerca de las Generalidades: estudio de zapatas y de cimentaciones, tipos: cimiento corrido de concreto simple y concreto armado; factores en el diseño, zapata aislada de concreto armado y transferencia de esfuerzos en la base de la columna. A los primeros como un primer acercamiento al diseño en concreto armado y a los segundos, como un apoyo en su desempeño profesional.

1.3 IMPORTANCIA:

Las Generalidades contiene criterios orientados al: estudio de zapatas y de cimentaciones, tipos: cimiento corrido de concreto simple y concreto armado; factores en el diseño, zapata aislada de concreto armado y transferencia de esfuerzos en la base de la columna.

1.3 ANTECEDENTES:

El hecho de que muchos edificios construidos en otras épocas hayan permanecido en pie hasta nuestros días demuestra que, a lo largo de la Historia, ha existido algún modo de "Ciencia de las cimentaciones", cuyo desarrollo ha culminado en las técnicas de cimentación actualmente en uso. Sin embargo, los antecedentes de nuestras cimentaciones son poco conocidos porque, hasta bien entrado el siglo XVIII, hay una casi absoluta ausencia de doctrina acerca de las teorías y de los métodos constructivos aplicados al dimensionado y a la ejecución de los cimientos. 

1.4 FUNDAMENTO TEÓRICO:

Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales de una estructura cuya misión es transmitir sus cargas o elementos apoyados en ella al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soporta, el área de contacto entre el suelo y la cimentación debe ser proporcionalmente más grande que los elementos soportados, excepto en suelos rocosos muy coherentes.

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. La estabilidad de una edificación depende en gran medida del tipo de terreno sobre el que se asienta.

De forma general podemos indicar que existen 2 tipos de cimentaciones:

• Cimentaciones Superficiales.
• Cimentaciones Profundas.

Esquema que muestra las aplicaciones de cimentaciones superficiales.

Esquema que muestra donde se aplican las cimentaciones superficiales (más baratas) y las cimentaciones profundas. Muchas veces en terrenos malos hay que optar siempre por la cimentación profunda, incluso para construcciones de poco peso, como una casa pequeña.

En el presente estudio nos basaremos en el estudio de cimentaciones superficiales.

1.5 TIPOS DE CIMENTACIONES:

• Cimentaciones ciclópeas.
• Zapatas aisladas.
• Zapatas corridas.
• Zapatas combinadas.
• Zapata conectada.
• Losas de cimentación.

1.5.1 CIMENTACIONES CICLÓPEAS:

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de hormigón ciclópeo es sencillo y económico. El procedimiento para su construcción consiste en ir rellenando la zanja con piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de hormigón en proporción 1:3:5, procurando mezclar perfectamente el hormigón con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonando para economizar material. Utilizando este sistema, se puede emplear piedra más pequeña que en los cimientos de mampostería hormigonada. La técnica del hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto más alto de la zanja sobre el hormigón en masa, que se depositará en el cimiento. Precauciones:

• Tratar que las piedras no estén en contacto con la pared de la zanja. 
• Que las piedras no queden amontonadas.
• Alternar en capas el hormigón y las piedras.
• Cada piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormigón.

1.5.2 ZAPATA AISLADA:

Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más simple, aunque cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten más de un pilar. La zapata aislada no necesita estar junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras si que es normal además de aconsejable poner una junta cada 30 m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso se denomina "zapata bajo pilar en junta de diapasón".

Zapata aislada de grandes dimensiones. se aprecia el anclaje de los aceros de las columnas y la distribución del acero en la zapata

 1.5.3 ZAPATA CORRIDA:

Las zapatas corridas se emplean para cimentar muros portantes, o hileras de pilares. Estructuralmente funcionan como viga flotante que recibe cargas lineales o puntuales separadas.

Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están indicadas como cimentación de un elemento estructural longitudinalmente continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno. También este tipo de cimentación hace de arriostramiento, puede reducir la presión sobre el terreno y puede puentear defectos y heterogeneidades en el terreno. Otro caso en el que resultan útiles es cuando se requerirían muchas zapatas aisladas próximas, resultando más sencillo realizar una zapata corrida.

Zapata corrida la cual conecta varias columnas distribuyendo mejor su cargas.

Las zapatas corridas se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno. Por practicidad se adopta una altura mínima para los cimientos de hormigón de 3 dm aproximadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo en cuenta el ángulo de reparto de las presiones.

Si los trabajos de cimentación debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la junta vertical para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. Asimismo colocar unos hierros de armadura reforzará esta unión.

1.5.4 ZAPATA COMBINADA:

Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento resultante.una zapata combinada puede soportar perfectamente cuatro pilares.

Esquema de una zapata combinada.

1.5.5 ZAPATA CONECTADA:

Este tipo de zapatas se usa cuando:

a. Cuando una columna está situada en un límite de propiedad y su zapata aislada seria excéntrica con respecto a la carga P, generándose un momento adicional a la carga P. 

b. Una solución es diseñando una zapata combinada pero si la distancia entre la column aexterior y la columna interiores grande resultaría la zapata combinada larga y costosa.

c. La otra solución es unir lazapata exterior excéntrica conla zapata interior mediante una viga rígida llamándole a este tipo de zapata, zapata conectada.

d.Para que la viga de conexión sea rígida debe tener peralte o altura lo suficientemente grande.

Fuerzas ejercidas por las columnas sobre las zapatas.

1.5.6 LOSAS DE CIMENTACIÓN:

Las losas son un tipo de cimentación superficial que tiene muy buen comportamiento en terrenos poco homogéneos que con otro tipo de cimentación podrían sufrir asentamientos diferenciales. También en terrenos con muy poca capacidad portante. Las losas más sencillas son las losas de espesor constante, aunque también existen las losas nervadas que son más gruesas según la dirección de muros o filas de pilares. Su cálculo es similar al de una losa plana de azotea invirtiendo las direcciones de los esfuerzos y aplicando las cargas tanto axiales como uniformes provenientes de todo el edificio. Las trabes de estas losas se invierten para quedar enterradas en el terreno y evitar obstáculos al aprovechamiento de la superficie, que queda lista para ocuparse como un firme aunque su superficie aún es rugosa.

Colocado de concreto en losa de cimentación o también conocido como losa de fundación.

1.5.7 CONCLUSIONES:

La cimentación es la base estructural más importante para cualquier edificación o construcción. Esta soporta las cargas netas en forma vertical que genera dicha obra.

La cimentación se divide en dos grandes grupos, las cuales son, la cimentación superficial que se emplea en construcciones simples y la cimentación profunda, tiene la función de soportar cargas de construcciones pesadas mediante sus dos clases, caisson y pilotes.

Para que una cimentación sea adecuada se debe fijar primero cual es su tipo de suelo, es decir debemos considerar cual es el tipo de suelo, si éste es arenoso, o está en el agua, o en el fango, o si es un terreno vegetal, etc.

Para poder considerar que tipo de cimentación es la que vamos a usar debemos tomar en cuenta cual es la tipología del terreno en la que la vamos a realizar, por tanto, es importante el estudio del suelo para usar la cimentación adecuada.

La cimentación tiene varias formas de construcción por las cuales necesita diferentes formas de construcción, aquí tenemos hormigón armado y hormigón de mesa además de la mampostería que son 3 tipos reforzada, la combinada y la simple.

La importancia de la cimentación es transmitir de manera correcta el peso de la vivienda hacia el suelo para que esta pueda seguir en pie además resista los movimientos telúricos que ahora se tornaron más frecuentes en los últimos tiempos, además ofrece seguridad a largo plazo para que la estructura logre preservar a lo largo del tiempo, no solo eso ya que el suelo varia por diferentes regiones y la cimentación ayuda a que la estructura no colapse.

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