geotecnia investigacion

7/25/2019 Geotecnia Investigacion

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Losas de cimentación

Una losa de cimentación son aquellas Cimentaciones Superficiales que se

disponen en plataforma, la cual tiene por objeto transmitir las cargas del edificioal terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente.

Estas losas llevan una armadura principal en la parte superior paracontrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea, yuna armadura inferior, debajo de las paredes portantes y pilares, para excluir enlo posible la producción de flechas desiguales.

La función de la losa de cimentación es formar una placa que soporta toda la

estructura de la construcción sobre ella. Esta formada por cadenas o trabesrepartición y la propia losa. Podríamos establecer que es una zapatacombinada, muchas veces puede cubrir el área entera bajo una estructura quesoporte varias columnas y muros. Las losas de cimentación se prefieren ensuelos con poca capacidad de carga pero que deben atender solicitudes degrandes cargas en columnas o unos.

La cimentación debe asegurar una distribución pareja de las cargas y fuerzas, yuna base nivelada a la perfección para que la estructura no se vea, luego,comprometida por pesos mal distribuidos ni exigencias en pilares o encualquiera de las partes de la construcción.

Para la existencia de una buena cimentación, también se debe contar con unterreno bien preparado. El terreno (la parcela de tierra sobre la que seconstruye) ha de estar también nivelado, y principalmente bien asentado,contando con la composición correcta para evitar que los azotes meteorológicosy las condiciones climáticas y ambientales lo hagan ceder y perder estabilidad.El suelo puede complementarse con rellenos, y también puede “pisarse”, que espresionarlo con pesos y golpeteos para compactar sus contenidos, haciéndoloasí más firme.

Además de soportar las cargas y distribuir las fuerzas de la estructura, loscimientos han de ser fuertes y resistentes para no romper por cortante. Esto esel resultado de tensiones mal divididas: movimientos telúricos, sismos u otrossimilares podrían provocar tensiones y fuerzas que amenazan con cortar loscimientos.



Otra de las funciones de los cimientos es la de distribuir las tensiones y laflexión de toda la estructura: el cimiento, aunque sólido, debe “moverse” enconjunto con el terreno. Al acompañar al terreno en sus movimientos, en lugarde imponerse estático, se evita las rupturas por cortante y los quiebres

estructurales. También los cimientos procuran aislar a la construcción de lascaracterísticas propias del terreno, como las humedades, la circulación deaguas sub-superficiales y demás.

Tipos de Cimentaciones

Cimentación superficial

También llamada “directa”, que se apoya sobre la capa de terreno superficial (oapenas por debajo del nivel) creando una base plana a partir de la cual se erige

la construcción. Es la elegida para construcciones rápidas en terrenos y climasmás estables. Se clasifican, asimismo, en cimentaciones ciclópeas (paraterrenos cohesivos, formada con hormigón fortalecido con piedras), zapatas(para elementos puntuales, como pilares o muros portantes, en bloquesindependientes con encofrados) y losas de cimentación (placas flotantes que seapoyan en el terreno).

Cimentación semi profunda

Son los “pozos de cimentación”, usadas a veces bajo agua. Elegidas paramuros de contención, arcos, micropilotes y otras. Se ubican a poca profundidaddentro del terreno.

Cimentación profunda

Es la cimentación más resistente y mejor preparada contra el esfuerzo cortante.Se coloca a gran profundidad, dando más firmeza a la estructura. Entre susmétodos más habituales, están los pilotes y las pantallas.

El material de construcción de la cimentación dependerá del tipo elegido, delterreno, y también de las necesidades que las condiciones de construcciónindiquen. El cemento y el hormigón, simple y armado, son los amplios favoritos,en diversas técnicas que pueden incluir encofrados, mallas metálicas y otros, deacuerdo a la resistencia necesaria en la zona de construcción.



Método Flexible

En el método flexible aproximado de diseño, el suelo se supone equivalente a

un número infinito de resortes elásticos, denominada a veces como lacimentación Winkler. El modelo de Winkler corresponde a un modelo mecánicoque introduce la respuesta del suelo de soporte en la solución de problemas deinteracción suelo estructura. La formulación matemática puede expresarsecomo:

K=Px!

Donde:P= Presión que actúa en un punto de la interfase fundación-suelo.!= Deflexión del terreno el mismo punto de la interfase fundación-suelo.Ko = Módulo de reacción del terreno o coeficiente de balasto. Constante

de proporcionalidad, función de la rigidez relativa fundación-suelo.

El comportamiento físico de Ko se simula mediante resortes sueloindependientes, los cuales conforman una “cama”. La solución matemáticabasada en el modelo de Winkler utiliza la siguiente expresión:

Donde:

B= Ancho del elemento de fundación.K = Ko * B

La importancia del modelo de Winkler radica en la simplicidad del tratamientomatemático del comportamiento de vigas y placas sobre la fundación modelo.Diferentes investigadores han tabulado y graficado las distintas funciones queutiliza el modelo.

El módulo de reacción Ks depende de la respuesta de la viga o placa por mediode las cuales se aplican las cargas, de manera que “No es una propiedadintrínseca del suelo de soporte”.Distintos investigadores han definido una gran cantidad de recomendacionespara obtener el valor de Ks debido a que este módulo depende de lascondiciones de carga y del tipo de material, es decir, depende de la forma,



dimensiones, rigidez del elemento cargado, de la dirección de la solicitación ydel tipo de material-suelo.

Una de las maneras de determinar Ks es experimentalmente mediante unensayo de carga sobre una placa metálica normalizada apoyada en el suelo

donde se determinan los asentamientos generados por un incremento depresiones al aumentar la carga en la fundación. Los resultados del ensayo degrafican en una curva de presión-asentamiento como se indica

Por medio de la curva es posible determinar el valor del modulo de reaccióndel terreno.

Ks = q / !

! =Presión media de contacto Suelo-Placa!

= Asentamiento



En esencia una losa de cimentación se comporta como una placa que en sucara inferior sufre fuerzas verticales proporcionales al módulo de balasto y elasentamiento o la flecha vertical de la losa. Para una losa de espesor uniformela expresión es:

Dónde:

representa el descenso vertical o asentamiento en cada punto de laplaca.

representa la carga superficial, usualmente concentrada sobre los pilaresque apoyan sobre la placa.

es el módulo de balasto, que mide la rigidez del terreno.es la rigidez flexional de la losa.

Una vez determinada la función que da los asentamientos verticales seestiman los momentos flectores en cada dirección:



A partir de los momentos flectores se determina el espesor correcto de la losa ylas armaduras necesarias para la losa.

Generalmente en la práctica, la Ecuación no es lineal debido al comportamiento

del suelo, fenómenos locales de plastificación del suelo de soporte, efectos deborde como la concentración de esfuerzos en los suelos cohesivos y el bajoconfinamiento en los suelos granulares, los cuales generan una distribución nolineal de presiones de contacto suelo-placa. El modelo se apoya en la mecánica estructural según la cual para una vigaprismática se tiene que:

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Donde:

M = Momento flector

EI = Rigidezy = Deflexiónx = Abscisav = Fuerza Cortante

Según el planteamiento de Winkler, los esfuerzos con proporcionales a lasdeformaciones:

q = #k* *B

Luego:

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Es decir, Se obtiene la ecuación diferencial de la viga sobre una fundaciónelástica, para la cual se tiene como solución general:

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La cual es función de

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Dónde != Factor de amortiguamiento del sistema suelo de soporte.

Los resultados obtenidos al utilizar el método de Winkler dependen del valor de$ y en lo que corresponde a fuerzas internas de la fundación el valor de KS noes muy influyente en los resultados, es decir, su determinación errónea varíamenos del 20% los resultados. Se ha definido la longitud característica o

longitud elástica!

! , como una medida de la interacción entre la viga y el suelo

de fundación. Su valor es grande cuando la rigidez de la viga es mayor que ladel suelo de soporte, y pequeño cuando la rigidez del suelo de soporte esmayor que la de la viga.



VENTAJAS DEL MODELO

Las expresiones matemáticas de la interacción suelo-estructura son muy

simples lo que ha permitido aplicar con frecuencia el método en vigas, placas,pilotes y diferentes elementos flexibles de contención.

Los momentos flectores y esfuerzos en una viga o palca han mostrado pocasensibilidad a la selección del módulo de reacción.

Es posible evaluar los resultados de modelos más complejos al compararloscon los resultados producto del uso del modelo de Winkler.

DESVENTAJAS DEL MODELO

La representación del sistema desacoplado de “resortes-suelo” no correspondeal comportamiento suelo-estructura real.

La existencia de la gran variedad de recomendaciones para la determinacióndel módulo de reacción de la subrasante dificulta la escogencia del método.

Su uso no es apropiado para modelar condiciones de contorno complejas odonde el comportamiento del suelo sea no lineal o dependa del estado deesfuerzos. En este caso lo más recomendable es utilizar otros modelos yprocedimientos más complejos, como en problemas de placas, pilotes yelementos flexibles de contención.

Cuando se desea evaluar asentamientos o desplazamientos de la fundación ocuando estos dominan el diseño no es recomendable utilizar el modelo deWinkler.



ESTIMACIÓN DE LAS CONDICIONES DE RIGIDEZRELATIVA TERRENO-ESTRUCTURA

Factor !" !!"#$

!"!!

Donde: Ec: Modulo de elasticidad representativo de los elementos de laestructuraIB: Momento de Inercia de la estructura / Metro de AnchoEs: Modulo de deformación /Elasticidad del terreno!!: Ancho de la cimentación

El numerador de la expresión anterior representa la rigidez de la estructura pormetro de ancho del edificio, que puede estimarse sumando las rigideces de lacimentación y de los elementos estructurales que gravitan sobre ella (vigas,forjados, muros).

En principio, se considerará que la estructura es rígida en relación con elterreno cuando:

Kr > 0,5. Si Kr < 0,5, se considerará flexible.



lineal. A efectos prácticos se considerará aceptable la hipótesis de rigidez relativacuando

! : La luz del vano que separa, bien los dos pilares de una zapata combinada,bien dos pilares cualesquiera de una zapata corrida;

v: La luz de cualquier voladizo en dirección longitudinal;

B: El ancho de la zapata (dirección transversal);

Ec: El módulo de deformación del material de la zapata(usualmentehormigón armado) representativo del tipo de carga

y su

duración;

Ic: El momento de inercia de la zapata en un planovertical, transversal (perpendicular al plano de

alineación de pilares), respecto a la horizontal quepasa por su centro de gravedad;

!!": El módulo de balasto de cálculo, representativo de las dimensiones delcimiento.

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Conclusiones

El método flexible busca modelar el suelo como pequeños resortes infinitos quesostienen las estructuras. En este método se idealiza como una viga que

soporta una carga y que se deforma de manera desigual dependiendo de lascaracterísticas del terreno y el asentamiento del mismo es decir la importanciadel modelo de Winkler radica en la simplicidad del tratamiento matemático delcomportamiento de vigas y placas sobre la fundación modelo. Diferentesinvestigadores han tabulado y graficado las distintas funciones que utiliza elmodelo.

La importancia del modelo de Winkler radica en la simplicidad del tratamientomatemático del comportamiento de vigas y placas sobre la fundación modelo.

Diferentes investigadores han tabulado y graficado las distintas funciones queutiliza el modelo.

Una de las mayores desventajas del método son la representación del sistemadesacoplado de “resortes-suelo” no corresponde al comportamiento suelo-estructura real. La existencia de la gran variedad de recomendaciones para ladeterminación del módulo de reacción de la subrasante dificulta la escogenciadel método.

En el método rígido se consideran asentamientos equitativos para toda laestructura de la losa de cimentación. El procedimiento de cálculo más simpleconsiste en suponer que tal distribución es lineal, y una vez calculado elrefuerzo necesario para resistir tales fuerzas, se suele adoptar coeficientes deseguridad grandes, tales como colocar el mismo refuerzo en la cara inferior ysuperior de la viga ó aún más acero con objeto de cubrir las incertidumbresderivadas de tal simplificación.



Bibliografía

Das, Braja M. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones . Séptima

edición. México, D.F. Cengage Learning INC. 2012. ISBN: 987-607-481-823-9

Infografía

http://www.medellin.unal.edu.co/~lgarza/cimentaciones/NDEC_SE.pdf

http://ingenieriaciviltips.blogspot.com/2011/05/metodo-rigido-convencional-diseno.html

http://www.elconstructorcivil.com/2012/10/diseno-metodo-flexible-aproximado-losa.html

http://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/258/1/CB-Especialización%20en%20Estructuras-1032425390.pdf



Introducción

El sistema de Losas de Cimentación también conocidas como placas

continuas de cimentación son aquellas cimentaciones que se encarga de

transmitir las cargas al suelo mediante una losa continua que abarca la

superficie total del terreno que ocupa la estructura.

En este documento se expondrán las explicaciones mas significativas de los

métodos de cimentación Convencional o Rígido y Flexible según el Método

de Winkler. Temas de suma importancia en el diseño estructural pues

dependiendo de las características de un terreno se deberán hacer ciertas

suposiciones que llevaran a concluir cual método es el mas adecuado parauna estructura especifica.

Estos métodos condensan el trabajo de muchos años y la combinación de

ecuaciones que permiten acercar los diseños a sistemas confiables que

cumplan con los requerimientos establecidos para las solicitudes

estructurales. Estos métodos son complejos aunque bastante básicos si se

toma en cuenta que la forma en la que han sido planteados no vienen de

preceptos puramente matemáticos o idealizados sino también de proposiciones experimentales que tratan de acercarse a un modelo idealizado.

Por otra parte se debe resaltar que ningún método es mejor que otro y las

comparaciones realizadas no tienen como fin determinar cual es mejor. Cada

método es bueno siempre y cuando sea bien establecido para las condiciones

en las que los resultados se adecuen a las consideraciones del lugar de

construcción.



Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Chiriquí

Facultad de Ingeniería Civil

Licenciatura en Ingeniería Civil

GEOTECNIA

Método Rígido y Flexible para el diseño de losas de cimentación

Por: José M. Miranda

Cedula: 4 – 768 – 181

Profesor: Ing. Jorge Ureta

2IC-251

Fecha de entrega: 17 de mayo del 2016

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