Analísis de una Platea de Cimentación para una Edificación de 5 pknatas utilizando el software SAP2000

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(1)UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. ESTRUCTURAS. TEMA: ANÁLISIS DE UNA PLATEA DE CIMENTACIÓN PARA UNA EDIFICACIÓN DE 5 PLANTAS UTILIZANDO EL SOFWARE SAP2000 AUTOR SAMUEL ESTEBAN MOSQUERA ARROYO TUTOR ING. MARCELO MONCAYO MSc. 2017 - 2018 GUAYAQUIL – ECUADOR.

(2) ii. DEDICATORIA. Dedico esta tesina a mis amados padres, ya que su apoyo incondicional fue un motor importante en mis momentos de debilidad y de tristeza, y como olvidar a mi familia que ha estado con migo en este camino y a mi amado Dios el que me fortaleció cada día con nuevas fuerzas.. Ustedes han estado a mi lado en todo este camino dándome el aliento necesario para seguir luchando cada día y seguir adelante sin mirar atrás, para todos ustedes esta dedicatoria con mucho cariño.

(3) iii. AGRADECIMIENTO. Al finalizar el presente trabajo agradezco a la Universidad de Guayaquil, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas, carrera de Ingeniería Civil, que me abrió sus puertas y me formo como profesional.. Al Ing. Msc. Marcelo Moncayo quien con su conocimiento, dedicación y paciencia ha sabido orientarme, guiarme y asesorarme en la elaboración y culminación de la investigación presentada.. A los docentes que en el transcurso de mi carrera me brindaron sus conocimientos y experiencias las cuales han sido herramientas fundamentales y muy favorables para mi desarrollo profesional..

(4) iv. TRIBUNAL DE GRADUACIÓN. --------------------------------------------------Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Decano. ---------------------------------------------------------. Vocal. -------------------------------------------------Ing. Pablo Lindao Tomalá, M.Sc Tutor.

(5) v. DECLARACIÓN EXPRESA. Art.XI.- del reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.. La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestos en el proyecto le corresponde exclusivamente al autor, y al patrimonio intelectual del proyecto de titulación corresponderá a la Universidad de Guayaquil.. --------------------------------------------------Samuel Esteban Mosquera Arroyo 0927110387.

(6) vi. RESUMEN. El actual proyecto de titulación tiene como propósito darnos a conocer la calidad que se debe tener cimentación,. donde. se. conocerán. al diseñar plateas de las. deformaciones. y. deslizamientos que poseería una edificación por razón de la interacción suelo-estructura modelada en el software SAP2000. El reciente proyecto sujeta el análisis de una platea de cimentación para una edificación de 5 plantas, pensando las posibles variaciones del nivel freático y su resultado en la capacidad portante del suelo de cimentación. Internamente en este análisis se va a localizar todo lo relacionado con la hipótesis que gobierna el diseño de cimentaciones superficiales, especialmente lo referente con losas de cimentación y la determinación de la capacidad portante del suelo el cual se va a colocarse las cimentaciones sobre el cual se va a instalarse a la cimentación a la estructura deseada.. En el cual se profundizaron otros factores significativos para el educado diseño de dicha estructura de cimentación, en el cual se.

(7) vii. reflexionó que en la cimentación no corresponden existir fallas por cortante, ni se deben presentar asentamientos en el suelo de cimentación, no debe prevalecer lo admisible para de ese modo impedir el fallo en las estructuras. La forma normal que se ha estimado, es que el diseño se obliga traspasar idéntica presión admisible, eso es lo recomendado por el ingeniero de suelos. Cimentado en ese valor platea de cimentación.. se dimensionó la.

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(10) x.

(11) xi. ÍNDICE GENERAL AGRADECIMIENTO .....................................................................................................................iii TRIBUNAL DE GRADUACIÓN .................................................................................................. iv DECLARACIÓN EXPRESA .........................................................................................................v RESUMEN ..................................................................................................................................... vi ÍNDICE GENERAL ....................................................................................................................... xi ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. xv ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................ xviii Introducción ................................................................................................................................ xx Capítulo I ..................................................................................................................................... 22 1.1. Planteamiento del problema ................................................................................... 22. 1.2. Objetivos de la investigación ................................................................................. 23. 1.2.1. Objetivo general. ................................................................................................ 23. 1.2.2. Objetivo específicos. ........................................................................................ 23. 1.3. Justificación ............................................................................................................... 23. 1.4. Limitación del problema .......................................................................................... 24. 1.5. Hipótesis ...................................................................................................................... 25. 1.6. Objeto y campo de estudio de la investigación ................................................. 26. CAPÍTULO II ............................................................................................................................... 27 2.1. Antecedentes de la investigación ......................................................................... 27. 2.2. Marco Teórico............................................................................................................. 27. 2.2.1. Reseña histórica ................................................................................................ 27. 2.3. Marco Contextual....................................................................................................... 29. 2.4. Marco legal .................................................................................................................. 30. 2.5. Marco Conceptual ..................................................................................................... 30. 2.5.1. Cimentaciones .................................................................................................... 30. 2.5.2. Cimentaciones profundas ............................................................................... 31. 2.5.2.1. Muros pantalla. .......................................................................................................... 34. 2.5.2.2. Cimentación por sustitución. ................................................................................. 35. 2.5.2.3. Cimentaciones por pilotaje. .................................................................................... 36. 2.5.3. Cimentaciones superficiales........................................................................... 38. 2.5.3.1. Cimentaciones ciclópeas ........................................................................................ 39. 2.5.3.2. Plintos o zapatas. ...................................................................................................... 40. 2.5.3.3. Zapata aislada. ........................................................................................................... 41. 2.5.3.4. Zapata corrida. ........................................................................................................... 43. 2.5.3.5. Zapata combinada. ................................................................................................... 45.

(12) xii 2.5.3.6. Losa de cimentación (plateas). .............................................................................. 47. 2.5.3.7. Uso de las plateas..................................................................................................... 51. Interacción suelo - estructura ................................................................................ 52. 2.6. 2.6.1. Interacción inercial ............................................................................................ 58. 2.6.2. Interacción cinemática ..................................................................................... 59. 2.7. Capacidad de carga (qu) .......................................................................................... 60. 2.8. Reacciones.................................................................................................................. 62. 2.9. SUCS............................................................................................................................. 62. 2.9.1. Suelo ..................................................................................................................... 63. 2.9.2. Condiciones del Suelo de Cimentación ...................................................... 63. 2.9.3. Tipos de Suelo en el Ecuador ........................................................................ 64. 2.9.4. Suelo grueso ....................................................................................................... 65. 2.9.4.1. Grupos GW y SW ...................................................................................................... 65. 2.9.4.2. Grupos GP y SP......................................................................................................... 66. 2.9.4.3. Grupos GC y SC ........................................................................................................ 66. 2.9.5. Suelos Finos ....................................................................................................... 67. 2.9.6. Módulo de elasticidad de suelo. .................................................................... 69. 2.9.7. Relación de poisson. ........................................................................................ 70. 2.9.8. Factor de rigidez. ............................................................................................... 71. Geología local............................................................................................................. 71. 2.7. 2.7.1. Tipos de perfiles de suelo para diseño sísmico ........................................ 71. 2.7.2. Coeficientes de perfil de suelos Fa, Fd, y Fs .............................................. 72. 2.7.2.1. Fa: Coeficiente de ampliación de suelo en zona de periodo corto ................ 72. 2.7.2.2. Fd: Ampliación de las ordenadas del espectro elástico ................................... 73. 2.7.2.3. Fs: comportamiento no lineal de los suelos ....................................................... 74. Sísmica norma ecuatoriana de la construcción................................................. 74. 2.8. 2.8.1. Zonificación si sísmica y factor de zona Z. ................................................. 74. Fuerza Sísmica ........................................................................................................... 76. 2.9. 2.9.1. Suelo grueso ....................................................................................................... 76. 2.9.1.1. Fuerza estática equivalente .................................................................................... 76. 2.9.1.2. Consideraciones energéticas ................................................................................. 77. 2.9.2. Espectro de diseño ........................................................................................... 78. 2.10. Aceleración Sísmica ................................................................................................. 79. 2.11. Campo de esfuerzo. .................................................................................................. 80. 2.12. Módulo de Balastro ................................................................................................... 82. 2.12.1. Comportamiento Esfuerzo – Deformación del suelo. ............................... 83.

(13) xiii 2.12.2 Determinación del Coeficiente de Sulzberger por el Ensayo de Placa de Carga. ............................................................................................................................. 85 2.12.3 suelo.. Relación del Coeficiente de Resorte con la Resistencia Máxima de 87. 2.12.4 Análisis de las gráficas de Relación del Coeficiente de Resorte con la Resistencia Máxima del suelo para los rangos determinados en la Tabla 1 ...... 87 2.12.5 Comparación de la Formula General con las Formulas para cada Clasificación de Arcillas. ................................................................................................. 90 CAPÍTULO III ............................................................................................................................. 91 3.1. Marco Metodológico ................................................................................................. 91. 3.2. Tipo y diseño de investigación .............................................................................. 91. 3.2.1. Técnicas de recolección de datos. ................................................................ 91. 3.3. Técnicas de recolección de datos ......................................................................... 92. 3.4. Pruebas realizadas ................................................................................................... 92. 3.5. Faces de la metodología .......................................................................................... 92. 3.5.1. Descripción de la cimentación ....................................................................... 92. 3.5.2. Cuantificación de la carga muerta ................................................................. 95. 3.5.3. Cuantificación de la carga viva. ..................................................................... 96. 3.5.4. Determinación de la carga sísmica NEC-15. ............................................... 96. Ecuación 7: Período de Vibración T ........................................................................................ 97 3.5.5. Determinación de la carga sísmica Método Moncayo. ............................. 99. 3.5.6. Cálculo de cargas actuantes en la platea de cimentación. ................... 101. 3.1. Método de Montecarlo ............................................................................................ 102. CAPÍTULO IV............................................................................................................................ 104 RESULTADOS Y PROPUESTA ............................................................................................. 104 4.1. Análisis, interpretación y discusión de resultados ......................................... 104. 4.2. Propuesta .................................................................................................................. 104. 4.2.1. Beneficiarios. .................................................................................................... 104. 4.2.2. Alcance. ............................................................................................................. 104. 4.2.3. Análisis de factibilidad. .................................................................................. 104. 4.2.4. Análisis sísmico NEC-15 ................................................................................ 105. 4.2.8. Análisis Sísmico Método Moncayo NEC-15 .............................................. 106. 4.2.6. Modelación estructural................................................................................... 107. 4.2.7. Análisis de resultados .................................................................................... 119. Conclusiones: .......................................................................................................................... 133 Recomendaciones .................................................................................................................. 134 Bibliografía ............................................................................................................................... 135.

(14) xiv Eyzaguirre Acosta, I. (2011). Programacion de Obras con Project (Primera ed.). Lima, Peru: Macro. 135 Anexos ....................................................................................................................................... 136.

(15) xv. ÍNDICE DE FIGURAS. Figura 1: Losa de cimentación ................................................................................................ 25 Figura 2: Ubicación de la edificación....................................................................................... 26 Figura 3: Perfil de una cimentación e un muro macizo mediante zapata. ................................. 31 Figura 4: Cimentación profunda sobre pilote .......................................................................... 31 Figura 5: Cimentación profunda armada in situ ...................................................................... 32 Figura 6: Muro de pantalla .................................................................................................... 34 Figura 7: Proceso constructivo de un muro de pantalla ........................................................... 35 Figura 8: Mejoramiento del suelo ........................................................................................... 36 Figura 9: Incado de pilote ....................................................................................................... 37 Figura 10: Cimentación superficial sobre zapata ..................................................................... 38 Figura 11: Cimentación superficial sobre zapata ..................................................................... 40 Figura 12: Zapata aislada....................................................................................................... 42 Figura 13: Zapata corrida ....................................................................................................... 43 Figura 14: Detalle estructural de una zapata corrida ............................................................... 44 Figura 15: Detalle estructural de Zapata combinada ............................................................... 45 Figura 16: Losa de cimentación. ............................................................................................. 48 Figura 17: Diferentes tipos de losa de cimentación.................................................................. 50 Figura 18: Rigidez finita en la base de cimentación. ................................................................ 53 Figura 19: Edificación base rígida. .......................................................................................... 53 Figura 20: Edificación base flexible ......................................................................................... 54 Figura 21: Cargas actuantes en el fenómeno de interacción. ................................................... 54 Figura 22: Fuerza inercial ....................................................................................................... 55 Figura 23: Desplazamiento entre campo libre y fundación (Ѳf). ............................................... 56 Figura 24: Rotación relativa entre campo libre y la fundación (Ѳf). ......................................... 56 Figura 25: Adsorción de ondas sísmicas a la edificación. ......................................................... 57 Figura 26: La fundación (Ѳf) actúa como generador de ondas. ................................................ 57 Figura 27: Amortiguamiento histérico del suelo. ..................................................................... 58 Figura 28: análisis de desplazamiento en terreno extenso. ...................................................... 59 Figura 29: Análisis de desplazamiento en excavaciones profundas .......................................... 60 Figura 30: Mapa de suelos del Ecuador ................................................................................... 64 Figura 31: Zonificación sísmica y factor Z ................................................................................ 75 Figura 32: Espectro de diseño ................................................................................................. 78 Figura 33: Campo de esfuerzo ................................................................................................ 80 Figura 34: Esfuerzo compresivo mayor y menor ...................................................................... 81 Figura 35: Coeficiente de resorte ............................................................................................ 83 Figura 36: Diagrama idealizado de esfuerzo-deformación. ...................................................... 84 Figura 37: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo ............................ 88 Figura 38: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Blandas. ............................................................................................................................................. 88 Figura 39: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas M. Compactadas. Fuente: Ing. Marcelo Moncayo.................................................................. 89 Figura 40: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Compactadas......................................................................................................................... 89 Figura 41: Descripción de la cimentación (vista en planta). ..................................................... 93 Figura 42: Descripción de la cimentación (vista lateral). .......................................................... 94 Figura 43: Cargas actuantes de cada columna. ..................................................................... 102.

(16) xvi Figura 44: Selección de nuevo modelo y dimensiones de la platea ......................................... 108 Figura 45: Definición de materiales ...................................................................................... 108 Figura 46: Dimensionamiento de la platea. .......................................................................... 109 Figura 47: Asignación de aéreas de la platea. ....................................................................... 110 Figura 48: Ingreso el coeficiente de Balastro. ........................................................................ 110 Figura 49: Asignación de aéreas de la platea. ....................................................................... 111 Figura 50: Discretización de los elementos de Área. .............................................................. 111 Figura 51: Discretización de los elementos a sus mínima expresión. ...................................... 112 Figura 52: elementos discretizados. ...................................................................................... 112 Figura 53: Definición de los estados de carga. ....................................................................... 113 Figura 54: Estados de carga ................................................................................................. 113 Figura 55: Asignación de carga ............................................................................................ 114 Figura 56: Ingreso de cargas de cada columna ..................................................................... 114 Figura 57: Detalle de cargas actuantes de cada columnas. .................................................... 115 Figura 58: Asignación de la carga de Tabiquería ................................................................... 116 Figura 59: vista en planta del ingreso de carga ..................................................................... 116 Figura 60: Ingreso al menú opciones de análisis. ................................................................... 117 Figura 61: Selección de análisis tridimensional ..................................................................... 117 Figura 62: Definición de Casos de carga ................................................................................ 118 Figura 63: Corremos el programa ......................................................................................... 118 Figura 64: Modelación a analizar. ........................................................................................ 119 Figura 65: Deformada de la estructura Carga P. .................................................................... 120 Figura 66: Ingreso al Menú de combinación de cargas. ......................................................... 120 Figura 67: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) ............................................................ 121 Figura 68: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) ............................................................ 121 Figura 69: Selecciono carga de servicio. ................................................................................ 122 Figura 70: Visualización de resultados (reacciones en los resortes). ....................................... 122 Figura 71: Visualización de resultados (momentos y cortantes) ............................................. 123 Figura 72: Ventana de visualización diagramas. ................................................................... 124 Figura 73: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas Terzaghi ..... 128 Figura 74: Visualización de grafica s11, s12 y deformación, para arcillas medianamente compactadas por método Tipo de Suelo .............................................................................. 129 Figura75: Visualización de grafica s11, s12 y s22 para arcillas blandas por método NEC – 15 carga mayoradas. (Tipo de Suelo). ....................................................................................... 130 Figura 76: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas por método Moncayo (Terzaghi). ........................................................................................................... 131 Figura 77: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas medianamente compactadas por método Moncayo (Formula General). ....................................................... 132 Figura 78: Análisis sísmico NEC-15 Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcillosos Blandas (Formula General). .............................................................................................................. 137 Figura 79: Análisis Sísmico NEC 15, diagrama cortante S12 para Suelo Arcilloso compactado (Formula General). .............................................................................................................. 138 Figura 80: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcilloso medianamente compactado (Formula general). ................................................................... 139 Figura 81: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Cortante S12 para Suelo medianamente compactado (F. General). .................................................................................................... 140 Figura 82: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas BLANDA (FORMULA GENERAL). MONCAYO........................................................................................................................... 141 Figura 83: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcilla blanda (F. GENERAL). MONCAYO .... 142 Figura 84: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA......................................................................................................................... 143.

(17) xvii Figura 85: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA......................................................................................................................... 144.

(18) xviii. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Significado de las letras. ................................................................................... 62 Tabla 2: Sistema clasificación del USCS. ....................................................................... 67 Tabla 3: Sistema de Clasificación USCS para suelos. .................................................. 68 Tabla 4: Símbolo de grupo y significado ........................................................................ 69 Tabla 5: Modulo de elasticidad ........................................................................................ 69 Tabla 6: Interacción de valores de Poisson. .................................................................. 70 Tabla 7: Factores de forma o rigidez. ............................................................................. 71 Tabla 8: Clasificación de los perfiles de suelos ............................................................ 72 Tabla 9: Tipos de suelo y factores de tipo Fa ................................................................ 73 Tabla 10: Tipos de suelo y factores de tipo Fd .............................................................. 73 Tabla 11: Tipos de suelo y factores de tipo Fs .............................................................. 74 Tabla 12: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada. ................... 75 Tabla 13: Ecuación para el cálculo del espectro ........................................................... 78 Tabla 14: Coeficiente de resorte ...................................................................................... 86 Tabla 15: Valores propuestos por el análisis de ensayos de compresión simple aplicados a suelos arcillosos de Guayaquil. ................................................................. 86 Tabla 16: Cuantificación de la carga muerta .................................................................. 95 Tabla 17: Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas ..................................... 96 Tabla 18: Datos para realizar el espectro. ...................................................................... 97 Tabla 19: Valores para realizar el espectro. ................................................................... 98 Tabla 20: Espectro de respuesta Elástica NEC-15. ....................................................... 98 Tabla 21: Datos para realizar el espectro método Moncayo. ....................................... 99 Tabla 22: Valores para realizar el espectro. ................................................................. 100 Tabla 23: Formula General y las Formulas para Arcillas Blandas, Medianamente Compactas y Compactas. ......................................................................................................................... 101 Tabla 24: Fuerzas sísmicas NEC-15. ............................................................................. 106 Tabla 25: Tabla para el Factor de ampliación de suelo (FAS). .................................. 106 Tabla 26: Datos Método Moncayo ................................................................................. 107 Tabla 27: Fuerza Sísmica Método Moncayo. ................................................................ 107 Tabla 28: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Nec-15. ........................................................................................................................................... 126 Tabla 29: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Moncayo. ........................................................................................................................................... 126 Tabla 30: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea solo Carga de Servicio sin considerar carga sísmica.......................................................................... 127.

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(20) xx. Introducción A través de los desastres naturales que se han presentado en el mundo, tales como: lluvias intensas, sismos y la presencia de grandes asentamientos de edificaciones debido a la mala calidad del suelo, el ingeniero constructor se vio en la necesidad de ir creciendo en conocimientos y así tratar de mejorar y buscar soluciones para estos problemas que se presentan en las construcciones. El ser humano en sus inicios construía viviendas hechas de paja, madera y piedra, ahora en la actualidad podemos notar un avance muy notorio en el ámbito constructivo ya que se han logrado perfeccionar nuevas técnicas de construcción y lo podemos apreciar visualmente en grandes y excelentes edificaciones en todo el mundo. Es importante recordar y tener presente que toda estructura que es apoyada en el suelo tales como: puentes, represas, edificios; básicamente están formados en dos aspectos muy importantes. Tenemos la parte superior (súper estructura) y la parte inferior (cimentación). Cabe mencionar que la ingeniería de cimentación es la que trata de resolver los problemas de cimentaciones, utilizando conocimientos de mecánica de suelos y criterios muy firmes de Ingeniería. Las plateas de cimentación (losas de cimentación) están dentro de la clasificación de las zapatas combinadas, su uso es general cuando se presentan casos de edificios con alturas a considerar, cuando se nos presentan casos con suelos compresibles y en ciertos sistemas de estructuras. Generalmente, si se nos presenta el caso de que el área para cimentar una estructura resultara ocupar más del 50% del área de la planta del edificio, en ese caso como alternativa se debe cimentar sobre una platea de cimentación..

(21) xxi. Las cimentaciones tienen una función importante la cual es transmitir directamente las cargas de la estructura al suelo, con el fin de distribuirlas y así lograr evitar que el suelo en el cual es apoyada la estructura no sea sobrecargada, esto ayuda en gran manera a q no se generen asentamientos diferenciales o asentamientos mayores a los permitidos por el análisis estructural. Teniendo presente las edificaciones al momento de apoyarse sobre el suelo, directamente transmiten las cargas que generan, y lo generan a través mediante estructuras de transición (cimentaciones). En pocas palabras las cimentaciones son las llamadas a soportar estas cargas y distribuirlas de manera correcta y en la profundidad necesaria, de esa manera el suelo podrá soportar sin molestia excesivas durante toda su vida de la obra. En pocas palabas podríamos mencionar. que construir una platea de. cimentación de excavar un terreno para luego sustituirlo con otro elemento más resistente o firme en el lugar de concentración de cargas. El presente proyecto como objetivo principal tiene el análisis de una platea de cimentación o losa de cimentación, la información está orientada a incrementar el conocimiento de conceptos básicos fundamentales que faciliten la elaboración del proyecto..

(22) 22. Capítulo I 1.1. Planteamiento del problema. El presente proyecto tiene como objetivo principal realizar el análisis de una platea de cimentación o losa de cimentación, la información está orientada a incrementar el conocimiento de conceptos básicos fundamentales que faciliten la elaboración de este proyecto. Es importante tener presente que nuestro país consta con un Nivel Friático a muy poca profundidad, dado a esa razón en muchos casos se ha optado por utilizar pilotes (cimentaciones profundas); pero para el caso de nuestro análisis se ha considerado utilizar platea o losa de cimentación, cabe recalcar que a esta selección se debe tener mucha consideración el Nivel Freático para su diseño. En la actualidad las losas de cimentación son muy utilizadas en un sin número de estructuras, tomando como base dos casos muy básicas, uno de estos casos es cuando se presentan dimensiones de las estructuras muy grandes, y el otro caso es cuando los estratos de suelo de cimentación tienen tales características, lo cual generaría asentamientos muy elevados; es por esa razón que al tomar la decisión de diseñar este tipo de cimentaciones lo que se va a obtener es que nuestra estructura no tenga un asentamiento excesivo lo cual evitaría el colapso de la estructura..

(23) 23. 1.2. Objetivos de la investigación 1.2.1. Objetivo general.. Realizar el análisis de una platea de cimentación de una edificación de cinco plantas utilizando el software sap2000.. 1.2.2 . Objetivo específicos.. Determinar dos modelos de losa de cimentación en el cual se efectuará dos tipos de análisis sismicos; modelo uno análisis sísmico mediante la NEC-15 y modelo dos análisis sísmico por el método Moncayo.. . Considerar para nuestro análisis el uso de arcillas blandas, arcillas compactadas y arcillas medianamente compactadas y determinar cuál es el tipo de arcilla que presenta mayor esfuerzo y deformación mediante graficas.. . Elaborar un manual de usuario para la aplicación y manejo del programa estructurado “SAP2000” de la losa de cimentación.. 1.3. Justificación. La construcción de las plateas de cimentación (losas de cimentación) en nuestro país se ha incrementado notablemente, por aquella razón se debería tomar mucha importancia en el análisis de las posibles fallas que podrían llegar a presentarse durante el diseño de la estructura. Debido a esto es necesario, que se realice el análisis correspondiente ya que al no tomarse las respectivas consideraciones mediante su diseño se podrían presentar sub-presiones, lo que generaría que la estructura soportante.

(24) 24. colapse; razón por la cual se desea verificar si la variación de la capacidad portante del terreno de la cimentación con respecto a la profundidad del Nivel Freático es grande y así tener una mayor consideración al momento de su diseño. Además de esta manera poder aplicar los conocimientos obtenidos en el transcurso de la carrera de una forma práctica a todos los conflictos que se puedan presentar durante el análisis del diseño de este tipo de cimentaciones. Con este análisis veremos cómo es el comportamiento de la cimentación al soportar dichas cargas en diferentes tipos de suelo, se observaran graficas de deformaciones y esfuerzos en donde visualizaremos el comportamiento sísmico por el Método de la NEC-2015 y el Método Moncayo. La presente investigación tendrá relevancia social, ya que de esta manera se contribuirá con el diseño estructural que reduzca los asentamientos en las edificaciones.. 1.4. Limitación del problema. Parte de las limitaciones en el presente proyecto o trabajo de investigación es la escasa información que se ha podido encontrar, ya que libros relacionados sobre este tema no se disponen en la biblioteca, por aquella razón se ha recurrido a fuentes externas consultando a expertos en el tema, información en páginas de internet y verificación de resultados mediante programas de diseño estructural (SAP2000).También se ha encontrado limitación por la falta de recursos económicos, debido a la crisis que presenta el país actualmente..

(25) 25. 1.5. Hipótesis. Los daños en las estructuras de cimentación se originan por deficiencia del diseño; diseños mal compactados, ataque agresivo por sustancias químicas en el agua y suelo. Las características geométricas y estructurales son incompatibles a la capacidad de carga del suelo de cimentación. Los materiales empleados en rellenos para cimentaciones son materiales inadecuados lo cual produce asentamientos en las cimentaciones. La magnitud de sustancias químicas encontradas en el agua y suelo de fundación atacan a las estructuras de concreto de las cimentaciones afectando su durabilidad. En casos de rellenos deficientemente compactados o suelos de baja capacidad de carga, originan inevitablemente asentamientos diferenciales en casos de zapatas aisladas y por consiguiente agrietamientos en estructuras de concreto, por lo cual el uso de losa de cimentación se proyecta como una mejor opción.. Figura 1: Losa de cimentación.

(26) 26 Fuente: wikypedia.com. 1.6. Objeto y campo de estudio de la investigación. El objeto principal de este trabajo es de analizar una platea de cimentación para una edificación de cinco niveles, la edificación estará destinada al uso de departamentos, teniendo en cuenta los requerimientos impuestos por la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC 15). Otra cosa importante a tener en cuenta es, verificar si la platea de cimentación soportará las cargas generadas por dicha edificación. Además detallaremos a través de tablas y gráficas los esfuerzos y las deformaciones que se presentaran en la platea, utilizando tres tipos de suelo para el respectivo análisis, los. cuales serán arcillas compactadas,. medianamente compactadas y arcillas blandas. Esta investigación se desarrollara en los predios de la Universidad de Guayaquil, sector norte de la ciudad, Avenida Juan Tanca Marengo y Avenida Las Aguas y será una contribución para los alumnos de la misma.. Figura 2: Ubicación de la edificación Fuente: googlemap.com.

(27) 27. CAPÍTULO II 2.1. Antecedentes de la investigación. Actualmente las losas de cimentación son muy utilizadas en un sin número de estructuras, fundamentada a dos necesidades muy básicas, el más común de los casos se presenta cuando se nos presentan casos en que las dimensiones de la estructura son muy grande y otro de los casos que también se presentan es de los estratos de suelo de cimentación que tienen tales características que generan asentamientos muy elevados; de ese modo al diseñar este tipo de cimentaciones se tendrán asentamientos diferenciales de igual magnitud lo que nos ayudará a que nuestra estructura no colapse.. 2.2. Marco Teórico 2.2.1. Reseña histórica. Reconociendo que muchas edificaciones construidas en épocas anteriores se hayan mantenido en pie hasta los tiempos actuales lo cual nos muestra que, a través de la historia, ha existido algún modo de “Ciencia de Cimentaciones”, desarrollo que a la vez se ha perfeccionado en las técnicas de cimentación usadas en la actualidad. Sin embargo, los informes de nuestras cimentaciones no son muy conocidos ya que, entrando en el siglo XVIII, hay poca doctrina acerca de la teoría y procedimientos constructivos aplicados al dimensionamiento y ejecución de cimientos. Acerca de estos argumentos, solo se hallan unas escasas medidas dispersas e inconexas, comprendidas en la normativa interna de unas disposiciones religiosas medievales y en los pactos de construcción.

(28) 28. propagados por Europa. en el siglo. XV.. También,. tales reglas. perpetuamente han sido reflexionadas como simples hechos históricos y nunca han sido examinadas como lo que realmente son, esto es, como resultados de sucesivos ensayos realizados por el Hombre con el propósito de corregir los inconvenientes que le ha trazado el conjunto estructura-cimiento-terreno. También se ha considerado adecuado analizar el origen y el progreso de. las. habilidades. de. exploración. del. terreno. así. como. el. perfeccionamiento de los métodos para el aprendizaje de la propiedad geotécnica, por cuanto la fase de los conocimientos en estos dos campos es uno de los factores principales de dominio sobre las soluciones de cimentación que han sido acogidas en cada una de las zonas geográficas y para cada uno de las etapas de tiempo. Partiendo de este análisis del cúmulo de antecedentes detallados, se ha hecho una recapitulación apoyada en razones críticas y se han conseguido unas conclusiones que no simplemente examinan el perfeccionamiento cronológico de las cimentaciones en el contorno geográfico en que nace y se despliega nuestra cultura, sino también las comprensiones que forjan germinar cada una de las soluciones de cimentación y los condicionantes que se interponen sobre el comienzo y el perfeccionamiento de las mismas..

(29) 29. 2.3. Marco Contextual. Diseño Sismo resistente.- Son mecanismos y características que precisan la estructura antisísmica de una edificación. Estructura.-Distribución de las porciones de un cuerpo, aunque igualmente consigue usarse en sentido abstracto. Esfuerzos de tracción.- se designa como tracción al esfuerzo interno que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos potencias que operan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Esfuerzos de compresión.- resultante de las tensiones o presiones que están dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de poisson), en piezas estructurales suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión pueden producir además abolladura o pandeo. Punzonamiento.- esfuerzo cortante elevado, debido a la reacción de la fuerza que desarrolla un pilar sobre una losa de hormigón armado. Deformación.- Se conoce como deformación cuando un cuerpo cambia de tamaño y de forma a través de un esfuerzo interno producido o a través de fuerzas efectuadas..

(30) 30. 2.4. Marco legal. Normas y códigos que emplearemos en la cimentación.. 2.5. . ACI 318-14 (América Concrete Institute) 2014.. . NEC-15 (Norma Ecuatoriana de la Construcción).. Marco Conceptual 2.5.1. Cimentaciones. Se entiende por cimentación a la base que sirve de aguante o soporte de la edificación y que transmite las cargas de la estructura al suelo; se consideran varios factores para su cálculo tales como la compaginación y soporte del terreno, las cargas propias de la edificación. La finalidad de las cimentaciones es resistir estructuras para de esa manera asegurar su estabilidad y de la misma manera prevenir daños a los materiales ya sean estructurales o no estructurales. La cimentación es muy elemental debido a que es el conjunto de elementos estructurales que resisten a la superestructura. Además cabe mencionar que la permanencia de un edificio se juega en gran medida del tipo de terreno sobre el que se asienta. En el ejercicio práctico. se utilizan las cimentaciones profundas o. cimentaciones superficiales, las cuales a su vez tienen mucha diversidad en su geometría, a su cumplimiento estructural, a la conducta además a su esquema constructivo.. del suelo y.

(31) 31. Figura 3: Perfil de una cimentación e un muro macizo mediante zapata. Fuente: www.academia.edu. 2.5.2. Cimentaciones profundas. Las cimentaciones profundas son estructuras de sección transversal reducida con respecto a la elevación (altura), que tiene como función trasportar las cargas de la edificación a profundidades entre los 4 metros a 40 metros. Podríamos considerar a las cimentaciones profundas como un tipo de cimentación que tiene como utilidad resolver la transmisión de cargas a los sustratos consistentes (duros) des suelo.. Figura 4: Cimentación profunda sobre pilote Fuente: www.academia.edu.

(32) 32. Las cimentaciones profundas muestran reacciones de compresión en los extremos inferiores y laterales del elemento. A su vez, las cimentaciones profundas pueden estar sujetas a momentos y fuerzas horizontales, en cuyo caso, se elaborará una repartición de esfuerzos en el extremo inferior y lateral del elemento, con la conclusión de equilibrar las fuerzas aplicadas. Cabe reiterar que el proceder estructural que presenta una cimentación profunda se puede relacionar al comportamiento de una columna.. Este tipo de cimentaciones es recomendado utilizar cuando la capacidad portante del suelo es reducida, razón por la cual el objetivo principal en casos como estos es hallar el suelo resistente escavando a una profundidad considerable. De igual manera este tipo de cimentaciones están orientados para ser diseñados para edificaciones de altura o algún tipo de edificación donde se requieren barios sótanos.. Figura 5: Cimentación profunda armada in situ Fuente: wikypedia.com.

(33) 33. Tenemos dos tipos de cimentaciones profundas, tales como: Pilotes o Pilas.Es recomendable tener presente, que los pilotes que presentan 0,8 m de diámetro como máximo, son mucho más flexibles que las pilas que presentan un diámetro superior a 0,80m. Debido a las limitaciones de carga de un pilote individual, es muy necesario que se utilice varios elementos para el mismo apoyo de la estructura. A diferencia al utilizar pilas para la cimentación, se emplea generalmente un elemento por apoyo. Las pilas estas relacionadas a cargas. muy. elevadas,. en. condiciones. del. suelo. desfavorable. superficialmente. Es importante tener presente que las cimentaciones profundas se las puede elegir en distintos casos como: cuando los esfuerzos que son transmitidos por la edificación no pueden ser repartidos (distribuidos) al utilizar una cimentación superficial, y en la solución se sobrepasa la capacidad portante del terreno, en edificios que se deseen construir sobre el agua, etc. Las cimentaciones profundas son las mencionadas a continuación:. . Muros Pantalla. . Sustitución. . Pilotes.

(34) 34. 2.5.2.1. Muros pantalla.. Constituyen un tipo de cimentación profunda es muy utilizada en edificaciones altas, que a su vez actúa como muro de retención dando muchas ventajas en lo. económico y mejor desarrollo en. superficies. El muro pantalla es considerado un muro de contención el cual se lo edifica antes de realizar la excavación o vaciado de tierra, además de transmitir los esfuerzos al terreno. Son muy utilizados estos elementos estructurales subterráneos para retener y soportar paredes. El muro pantalla en si es un muro (pared) de contención que es edificado antes de realizar la excavación del suelo.. Figura 6: Muro de pantalla Fuente: wikypedia.com. Estos muros pantalla son muy aprovechados en el diseño de edificios que desean ganar más espacio para su ocupación, por lo.

(35) 35. cual se idean sótanos o subsuelos que en muchas circunstancias llegan a 20 m de hondura.. Figura 7: Proceso constructivo de un muro de pantalla Fuente: wikypedia.com. 2.5.2.2. Cimentación por sustitución.. Este tipo de cimentaciones se lo ejecuta a través de la excavación del terreno, en el cual el peso del material excavado y extraído será equivalente o proporcional al peso de la construcción a efectuar; conociendo las cualidades del suelo y según las cualidades de la estructura q resistirá y las cargas que se ejercen sobre el suelo..

(36) 36. Figura 8: Mejoramiento del suelo Fuente: wikypedia.com. El procedimiento a seguir es efectuar una excavación hasta llegar al suelo competente para sustituirlo por un suelo mejorado y compactado. En caso de espesores uniformes y pequeños resultaría una solución muy válida. Se recomienda utilizar un procedimiento de drenaje bueno en caso de presencia de agua en el terreno, ya que debido a estos sucesos podría provocarse alteraciones considerables en el material.. 2.5.2.3. Cimentaciones por pilotaje.. El sistema de pilotaje, es otro tipo de cimentaciones profundas de tipo puntual, que se introduce en el suelo (terreno) con el propósito de encontrar siempre el estrato de suelo duro (resistente) que sea capaz de soportar las cargas transmitidas..

(37) 37. En pocas palabras el pilote es un elemente constructivo que es muy empleado en las obras civiles, la función que desempeña el pilote es trasportar. las cargas hasta un estrato del suelo más. resistente.. Figura 9: Incado de pilote Fuente: wikypedia.com. Cuando en una cimentación superficial no puede repartir adecuadamente las cargas que son transportadas por el edificio excediendo la capacidad portante. Puede darse que produzcan asientos improvistos los estratos inmediatos a los cimientos. Un pilote es una columna que es diseñada con la intención de que sostenga y transmita cargas a estratos más consistente o de roca. Universalmente, el diámetro que muestra no es mayor de 60 centímetros. En general todos los pilotes pueden introducirse desde una hondura de 3 metros a 40 metros; en el caso de que se necesite.

(38) 38. pilotear a una hondura mayor a los 40 m, se le puede soldar otro tramo de 1 m.. 2.5.3. Cimentaciones superficiales. Las cimentaciones superficiales son componentes estructurales cuya sección transversal posee medidas grandes referentes a su altura y que tiene como labor desplazar las cargas del edificio a honduras más cortas de 0,5m a 4 m con respecto a la superficie del suelo. En las cimentaciones superficiales el enlace que presenta el suelo nivela las cargas que son producidas por las estructuras.. Figura 10: Cimentación superficial sobre zapata Fuente: www.academia.edu. Las cimentaciones superficiales, cuyo procedimiento de construcción no presente una dificultad superior y puede ser de distintos tipos, según su función: zapatas aisladas, zapatas combinadas, zapata corrida o losa de cimentación..

(39) 39. Las cimentaciones superficiales se sostienen en las capas superficiales o a poca profundidad del terreno, en este tipo de cimentaciones las cargas se dividen en un plano de apoyo horizontal. Este tipo de cimentación sin duda alguna es el más aprovechado en el ámbito de la construcción. Las cimentaciones superficiales se reparten en tres tipos básicos: plintos o zapatas, vigas de cimentación y losa de cimentación. Conviene considerarce como viable que en el mismo solar se hallen diferentes prototipos de terrenos para una semejante edificacion; esto puede incitar asentamientosdiferenciales comprometidos sin embargo los valores de los asentamientos totales proporcionen como admisible. Se hallan diversos tipos de cimentaciones superficiales, los cuales se los puntualiza a continuacion: . Plintos o zapatas. . Cimentaciones ciclópeas. . Losa de cimentación. 2.5.3.1. Cimentaciones ciclópeas. Son aplicados en terrenos cohesivos donde la cuneta consiga crearse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, la cimentacion de concreto ciclópeo es espontáneo y mercantil (barato). Su edificación radica en ir completando la cuneta con piedras de desiguales dimensiones al tiempo que se esparce la mezcla de concreto, gestionando mezclarlo intachablemente, de tal forma que se evite la prolongación en sus juntas..

(40) 40. Figura 11: Cimentación superficial sobre zapata Fuente: www.academia.edu. 2.5.3.2. Plintos o zapatas.. Se puede definir a una zapata como una cimentación superficial (normalmente aislada), la cual puede ser utilizada en suelos normalmente homogéneos de resistencia a compresión altas o medianas. Tiene como función transmitir al suelo las tensiones a las cueles está sometida el resto de la estructura y anclarla. En caso de que no sea posible utilizar zapata se debe recurrir a cimentación por pilotaje o losa de cimentación. Entre los tipos de zapatas tenemos:. . Zapatas Aisladas. . Zapatas Corrida. . Zapatas Combinada.

(41) 41. 2.5.3.3. Zapata aislada.. Podemos denominara a las zapatas aislada como un tipo de cimentación superficial la cual sirve como base a los elementos estructurales como son los pilares; de algún modo las zapatas aisladas amplían la superficie de apoyo para de esa manera lograr que las cargas que son transmitidas por la estructura sean soportadas por el suelo sin problema alguno. Se le da el término de zapata aislada debido a que su uso está diseñado para asentarse en un solo pilar, de ahí proviene el nombre de zapata aislada. Este tipo de zapatas son las más simples, pero no es adecuado su uso cuando el momento flector en la base de la columna es excesivo por lo cual se debe diseñar o emplear ya sean zapatas corridas o zapatas combinadas, en la parte que se asienten más de una columna. Para diseñar un correcto dimensionamiento de la zapata aislada se debe. requerir la comprobación de la capacidad que tiene el. terreno para soportar las cargas sobre él (capacidad portante), comprobación de la resistencia del terreno, como la comprobación de los estados de equilibrio (deslizamientos)..

(42) 42. Figura 12: Zapata aislada. Fuente: www.academia.edu. Este tipo de zapatas son muy utilizadas para pilares aislados, en suelos de buena calidad y cuando la excentricidad de la carga que presenta el pilar es baja. Los pilares no perimetrales son los presentan excentricidades bajas. Para la construcción de una zapata aislada es importante independizar los cimientos y las estructuras de las edificaciones ubicadas en suelos discontinuos de esa manera las diferentes partes de la edificación tengan cimentaciones estables. La profundidad es figada basándose al informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del suelo bajo el cimiento. Conviene mucho trabajar a una profundidad entre los 50 cm hasta los 80 cm en zonas en las cuales se presentan variaciones del nivel freático. La información geotécnica da a conocer la resistencia a la compresión de los diferentes estratos de suelo, y a partir del informe.

(43) 43. geotécnico es posible decidir el estrato de suelo más conveniente y el costo de construcción de los diferentes tipos de cimientos.. 2.5.3.4. Zapata corrida.. Normalmente se emplea este tipo de cimentación para cimentar muros de carga, o pilares alineados, en terrenos de resistencia alta, media o baja. Funcionan estructuralmente como viga flotante recibiendo cargas lineales o puntuales. Podríamos mencionar que una zapata corrida o continua es la ampliación de la parte inferior de un muro, que tiene como finalidad distribuir de una manera correcta y adecuada las cargas transmitidas sobre el suelo de la cimentación. También es importante mencionar que las zapatas continuas normalmente se usan en el perímetro de la edificación y ciertas ocasiones bajo los muros interiores.. Figura 13: Zapata corrida Fuente: www.academia.edu.

(44) 44. Las zapatas de muros más comunes están formadas por una franja rectangular, colocada de una forma simétrica con respecto al muro. La dimensión más crítica de la zapata con respecto al esfuerzo en el terreno, el ancho de la base de la zapata es la parte más crítica, la cual es medida perpendicularmente a la cara del muro. En muchos casos las zapatas son utilizadas como plataforma, por lo cual se establece un mínimo para el ancho de la zapata según el espesor que presente el muro, por lo general se diseña un poco más ancha que el muro. Estas zapatas continuas son cimentaciones de longitudes granes en comparación con su sección transversal. Tipo de cimentación Además este tipo de cimentación tiene la capacidad de reducir la presión sobre el suelo. También resultan ser muy útiles las zapatas continuas cuando se requieren muchas zapatas aisladas para la cimentación lo cual sería más beneficioso diseñar las zapatas continuas.. Figura 14: Detalle estructural de una zapata corrida Fuente: wikipedia.com.

(45) 45. Las zapatas corridas normalmente son aplicadas en muros. Pueden. presentar. secciones. rectangulares,. escalonadas. o. estrechada cónicamente. Su dimensionamiento está relacionada directamente con la carga que va a soportar, como también la resistencia a la compresión del material y la carga admisible sobre el suelo.. 2.5.3.5. Zapata combinada.. Se puede considerar a las zapatas combinadas como un elemento que tiene la funcionalidad de cimentar dos o más pilares, son muy utilizadas cuando tenemos una distancia entre las columnas muy cortas o si la capacidad portante del suelo es baja. En pocas palabras podríamos acotar que las zapatas combinadas se usan con el fin de unir la columna exterior con la interior para esa manera reducir la excentricidad y así lograr que sea uniforme la reacción del suelo.. Figura 15: Detalle estructural de Zapata combinada Fuente: www.academia.edu.

(46) 46. Las zapatas combinadas las cuales son utilizadas cuando las columnas de una edificación se presentan a una distancia pequeña. Son consideradas como zapatas superficiales que sostienen más de dos pilares o muros. A su vez estas pueden clasificarse el dos: como las que soportan a dos columnas y las que soportan más de dos columnas. Entre las zapatas que soportan dos columnas estas son el tipo de zapatas que se utilizan en edificaciones donde la presión admisible del suelo es grande para que puedan utilizarse zapatas individuales en la mayor parte de las columnas, estas zapatas para dos columnas son muy necesarias para ser utilizadas en dos situaciones: . Si las columnas se encuentran demasiado cercanas al límite de la propiedad y q no se puede construir zapatas individuales sin tener que sobrepasar este límite.. . Si las columnas adyacentes se encuentran muy cercanas entre sí que sus zapatas traslapan.. Las zapatas que soportan más de dos columnas son del tipo de zapatas que se utilizan cuando la capacidad de carga del subsuelo es considerablemente baja de modo alguno que es necesario optar por aéreas de contacto grandes. Las zapatas individuales son reemplazadas por zapatas en franjas continuas las cuales sostienen más de dos columnas y por lo general las columnas de toda una fila..

(47) 47. Las cimentaciones por franjas pueden desarrollarse en un área de contacto mayor, lo cual a su vez resulta más económico que utilizar zapatas individuales. Es importante considerar que la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación cuando una columna no puede apoyarse en el centro de la zapata o cuando se trata de una columna perimetral con momentos flectores grandes. Uno de los casos frecuentes para la utilización de zapatas combinadas son las zapatas de medianería (zapata de lindero), que debido a las limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Este tipo de zapatas por su forma propia para su uso adecuado requieren una viga centradora para un correcto equilibrio.. 2.5.3.6. Losa de cimentación (plateas).. Las plateas de cimentación, también conocidas como placas de cimentación. o. cimentaciones. por. losa,. son. cimentaciones. superficiales afirmadas claramente arriba del terreno, que se disponen en plataforma, que tiene como función principal traspasar las cargas del edificio al suelo o terreno distribuyendo de una manera equivalente los esfuerzos. Como losa está somentida especialmente a esfuerzos de flexcion. El grosor de la losa se hallará equilibrado a los elementos flectores actuamntes arriba del mismo..

(48) 48. Figura 16: Losa de cimentación. Fuente: wikypedia.com. Este tipo de cimentaciones en la parte superior llevan una armadura principal para de esa manera contrarrestar la precisión q pueda sufrir el terreno y el empuje de agua subterránea, y en la parte inferior una armadura debajo de las paredes portantes y columnas, para excluir posiblemente la producción de flechas desiguales. En casos donde se presenten terrenos de poca resistencia para cimentar ósea cuando la capacidad admisible del suelo sea menor a 1kg/cm2, lo que podría ocurrir que al diseñar zapatas de los pilares aislados pueden estar demasiado unidas, en lo cual convendría diseñar una losa de cimentación. El uso de este tipo de cimentación es muy general en casos de edificios de alturas a considerar, cuando tenemos casos con suelos compresibles y en ciertos sistemas estructurales, especialmente en muros de carga. Generalmente podríamos argumentar como un pequeño criterio que si el área en el cual se va a cimentar una estructura abarca el.

(49) 49. 50% del área de la planta de la edificación o estructura, en ese se debería cimentar sobre una platea de cimentación como alternativa. Las losas de cimentación tienen la capacidad de eliminar notablemente la posibilidad de asentamientos diferenciales, ya que tiene un comportamiento muy bueno en terrenos poco homogéneos a diferencia que al utilizar otro tipo de cimentación se podría sufrir asentamientos diferenciales. Este tipo de cimentación son muy útiles y recomendables cuando se presentan casos en la que las cargas de la edificación son muy pesadas o cuando la carga admisible del suelo es demasiado pequeña que al utilizar una zapata aislada cubriría más de la mitad de la edificación. Es importante mencionar que cuando es necesario transmitir al suelo esfuerzos de poca magnitud, se puede emplear las losas de cimentaciones, por ejemplo, cuando nos encontramos con casos de suelos muy blandos o deformables con alto contenido de agua que si se presentaran esfuerzos altos en el suelo ocasionarían hundimientos importantes. Como se mencionó anterior mente si el terreno en donde se va a construir la edificación es de poca resistencia para cimentación en pocas palabras que sea menor que 1 kg/cm2, lo cual generaría que las zapatas de las columnas tiendan a juntarse..

(50) 50. Las plateas de cimentación se las puede diseñar y construir de diversas formas, tales como: . Cajón: presenta diafragma superior e inferior (contacto), a demás de ser aligerada. Su construcción es exigida por etapas: se inicia construyendo la placa de contacto, el cuerpo de las vigas y finalmente el diafragma inferior.. . Maciza: presenta refuerzos en dos lechos. En este caso la losa exige un volumen de hormigón mayor y de refuerzos, no requiere aligeramiento, responde bien a grandes esfuerzos de cortante.. Figura 17: Diferentes tipos de losa de cimentación. Fuente: wikypedia.com.

(51) 51. Como dato general debe de tomarse mucho en cuenta para el diseño de losas de cimentación evitar que sean muy alargadas ya que mediante a ese detalle se generarían momentos muy altos. También es importante argumentar que para disminuir los momentos se pueden incluir articulaciones.. 2.5.3.7. Uso de las plateas.. En toda construcción los terrenos (suelos) corresponden estar “iguales y firmes” en el tiempo, particularmente cuando se exhiben diferenciaciones de humedad y cuando por falta de confinamiento se socavan. Las plateas de cimentación (losa de cimentación) se muestran como una buen procedimiento cuando: . Se tiene una superficie corta o pequeña en la construcción en relación al volumen.. . Al calcular la base los cimientos implicara la transferencia de cargas a 45º y se presentará una enorme profundidad.. . Las caracteristicas del suelo son muy malas y son notables asentamientos irregulares.. . Es inactivo el terreno de asiento con un gran espesor y que al colocar pilotes implicarían diseño del mismo.. enormemente extensos para el.

(52) 52. 2.6. Interacción suelo - estructura. La interacción suelo - estructura es el efecto que tienen en la respuesta dinámica y estática de la estructura, las propiedades del suelo que da apoyo a la edificio, incrementándole a las propiedades de rigidez de la cimentación (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica). Podríamos mencionar que la interacción-suelo radica en un método de reacciones que empleadas a la estructura de cimentación y al suelo originan una idéntica proporción de deslizamientos entre los dos elementos, es decir, implantar expresiones de semejanza para el cálculo de los esfuerzos de contacto entre la cimentación y el suelo. (Zeevaert, 1980). Se ha comprobado a través de diversos estudios que el suelo no es totalmente rígido y que su comportamiento no es totalmente elástico. Por esa razón, la interacción del suelo con la estructura ha sido un factor o fenómeno que en los últimos tiempos se ha tomado mucha consideración e importancia, debido a esto se ha buscado entender lo que ocurre en el plano entre la cimentación y el suelo del soporte, en busca de encontrar la reacción o la presión de contacto del suelo, cabe recalcar que existe una gran dificultad debido a las condiciones de frontera o de contorno, se expresan en tensiones y de formaciones y no es posible resolverse por los métodos usuales (Santos Miñón 1980). La interacción suelo-estructura considera simplemente que las bases de un edificio ya no es una base rígida, si no, que se entiende que existe una rigidez en la base de la edificación, y a su vez existen fenómenos de amortiguamiento que dependen del suelo y dependen del movimiento de la cimentación..

(53) 53. Figura 18: Rigidez finita en la base de cimentación. Fuente: sísmicadiestramiento.com. Entonces puede ser importante considerar los efectos de la interacción suelo-estructura en el análisis de edificaciones cuando: tenemos una edificación de base rígida la respuesta lateral ante la acción sísmica es más resistente como vemos en la figura 19. Si la base rígida la transformo en una base flexible se incrementan los desplazamientos y se generan dos conclusiones importantes ya que se evidencia la flexibilidad de la cimentación y por lo tanto se evidencia el desplazamiento. Se ve entonces que hay una reducción de fuerzas por lo tanto hay un incremento importante de desplazamiento lateral.. Figura 19: Edificación base rígida. Fuente: sísmicadiestramiento.com.

(54) 54. Figura 20: Edificación base flexible Fuente: sísmicadiestramiento.com. De forma que los desplazamientos laterales a la hora de chequear derivas (chequear la concentración de esfuerzos) se pueden manifestar problemas de diseño. Este es un caso típico donde definitivamente se evidencia el fenómeno de interacción y puede traducirse en grandes beneficios en el análisis, es decir, al no tenerlo en cuenta puede ocurrir que cuando se manifieste el proceso de deformación debido a la acción sísmica como se detalla en la figura 20, podríamos tener daños importantes en nuestros miembros estructurales. Este sería un caso en donde los fenómenos de interacción suelo jugarían un papel importante.. Figura 21: Cargas actuantes en el fenómeno de interacción. Fuente: sísmicadiestramiento.com.

(55) 55. En el fenómeno interacción suelo participa el desplazamiento del terreno en campo libre y la amplitud de desplazamiento del terreno que cuando incide con la edificación va a sumar el desplazamiento de la edificación que se genera a través de la cimentación y se suma a lo que sería el desplazamiento del terreno. Estos dos desplazamientos determinan de forma conjunta la respuesta de la edificación, esto quiere decir que en el fenómeno va a participar la propia estructura, la cimentación y el terreno. La Inercia que determina la presencia de cortante basal (v) y momento de volamiento (M), vemos que la fuerza inercial está determinada por la masa de la edificación y por la aceleración que para este caso sería la aceleración del terreno.. Figura 22: Fuerza inercial Fuente: sísmicadiestramiento.com. En el caso que la cimentación posea una rigidez limita se va a evidenciar en la cimentación un desplazamiento relativo entre el campo libre y la fundación. (Ѳf) y relación relativa entre campo libre y la fundación (Ѳf), es decir, se va a obtener translación y rotación..