Pasos Previos

Hemos llegado al paso final de nuestro Diseño Estructural: las bases, los cimientos que resistirán todo el peso de nuestra estructura.

Para llegar hasta aquí hemos recorrido un largo camino, compuesto de los siguientes pasos:

1. Posición de Columnas y concepción estructural
2. Cargas Gravitacionales en Edificios
3. Predimensión de losas y vigas
4. Montado del modelo matemático en software – Análisis de solicitaciones axiales en columnas para prediseño
5. Descenso de cargas (paso alternativo al anterior)
6. Predimensión de columnas
7. Cargas laterales sobre la estructura
8. Nuevo Análisis estructural con cargas Laterales
9. Verificación a Pandeo
10. Verificación de deflexiones
11. Diseño de acero en vigas
12. Diseño de losas

Pasos del diseño de cimientos

La Cimentación, a pesar de ser uno de los primeros elementos en construirse durante una Obra Civil, es generalmente, el último en diseñarse, pues para el cálculo de solicitaciones necesitamos que el Modelado Estructural de Vigas, Columnas y Losas esté totalmente definido.

Los pasos a seguir para un correcto diseño de fundaciones es el siguiente:

• – Recolectar las solicitaciones que llegan a la base producto de todas las combinaciones de carga
• – Escoger el tipo de fundación más adecuado en función a las solicitaciones y tipo de suelo
• – Dimensionar la base de la fundación para que el suelo resista las cargas de todas las combinaciones (capacidad portante)
• – Verificar el asentamiento admisible y máximo de las fundaciones para cada caso de carga.
• – Escoger la altura de la zapata en función a la resistencia por punzonamiento que ofrece el concreto en la misma.
• – Diseñar el acero a flexión (parrilla) en función a las solicitaciones de flexión que producen las cargas en la zapata.

Solicitaciones

A partir de todo el análisis estático de la estructura (modelo de pórtico matemático) sumado a los casos de carga, se obtienen tantas combinaciones de carga requiera el análisis en función de la cantidad y naturaleza de las cargas.

Cada una de estas combinaciones solicitan las fundaciones en mayor o en menor medida. Si bien la combinación de carga mayorada de 1.2D+1.6L es la que casi siempre rige el diseño de la dimension de la fundación, es necesario realizar la verificación de resistencias de la fundación para todas las combinaciones existentes en el diseño.

Escoger el tipo de fundación

En función a la magnitud de estas cargas y en función a resultados del estudio de suelos se puede determinar, a partir de la experiencia, la dimensión preliminar de estas fundaciones.

En una publicación anterior he mencionado ya los tipos de fundación que existen para la construcción de edificaciones y la preferencia de su uso en cada caso.

Se debe escoger siempre el tipo de fundación partiendo del más económico hacia el tipo más caro de fundación, verificando uno a uno si es que cumple con los requisitos de resistencia del suelo y también de deformación del suelo.

Por lo general las zapatas aisladas y las zapatas combinadas son los tipos más comunes de fundación a utilizar en la mayoría de estructuras de alturas convencionales comprendidas entre dos a ocho pisos. Por encima de esta cantidad de niveles es común que se deban utilizar losas de fundación o pilotes.

Dimensión de la base de la fundación

Antes de escoger la altura o el refuerzo de la fundación se debe determinar la dimensión de la base exacta de esta. Esto se logra a partir de teorías de falla del suelo como las de Terzaghi, Meyerhof, Vesic, y muchas otras. Para escoger la teoría de falla o utilizar es necesaria cierta experiencia en el cálculo de capacidad de carga de fundaciones y criterio formado en el área.

Si bien son muchas las teorías de falla desarrolladas en la bibliografía, yo tengo escrito un pequeño artículo que podrá darnos una idea de la manera como se calculan las capacidades de carga para una Zapata aislada. El enlace de ese artículo está Aquí. Siguiendo el texto de ese artículo pueden encontrarse además ejemplos de cálculo y enlaces a un programa de capacidad de carga que desarrollé para realizar estos cálculo de manera más rápida.

Si las dimensiones de la base de cada zapata son tan grandes que empiezan a solaparse unas con otras entonces se deberá optar por otro tipo de fundación, ya sea con pilotes, con zapatas combinadas o con una losa de fundación. Este tipo de estructuras de fundación son más complejas de calcular pues en muchos casos requieren un análisis de interacción suelo-estructura, para lo cual se necesitarán en muchos casos programas especializados para ese propósito.

Verificación de asentamiento admisible

La verificación de asentamientos está en función al tipo de suelo con el que trabajemos. Si nuestro suelo es predominantemente granular entonces las deformaciones serán predominantemente elásticas. Este tipo de asentamientos suele calcularse en función la teoría de elasticidad clásica.

En cambio Si nuestro suelo es predominantemente arcilloso entonces el cálculo de asentamientos es mucho más complejo pues las deformaciones ya no son elásticas sino plásticas y están en función a la capacidad del suelo de evacuar agua en función del tiempo. Para este tipo de análisis suelen requerirse estudios del suelo de consolidación, y en base a los resultados de estos estudios deberá determinarse el asentamiento real del suelo en función a las cargas aplicadas.

El conjunto de resultados obtenidos a partir de el análisis de capacidad de carga más el análisis de asentamientos admisibles nos permitirá decidir si la dimensión de la base de la fundación asumida es correcta o deberá aumentarse o disminuirse.

Verificación a cortante de la fundación

Una vez que se haya decidido la dimensión de la base de la fundación definitiva se procede con el cálculo de la resistencia a cortante por punzonamiento de la fundación.

Es recomendable hacer esta verificación antes del diseño flexión puesto que la altura de la fundación suele estar en directa relación con las solicitaciones a cortante en la unión entre columna y fundación.

Diseño a flexión de la fundación

Verificada la resistencia a punzonamiento de la fundación ya se puede proceder con el cálculo de las secciones de acero correspondientes a las solicitaciones por flexión a las que esté sometida la fundación. Dependiendo del tipo de fundación que se decida implementar en la estructura, el acero a flexión calculado conformará parrillas situadas en la parte inferior y/o Superior de la fundación.

Por ejemplo en el caso de zapatas aisladas la parrilla de aceros a flexión suele ir solamente en la cara inferior exceptuando ciertos casos especiales.

Por otro lado en el caso de zapatas combinadas y de losas de fundación, la parrilla de acero suele ir en ambas caras debido a que las solicitaciones de momento flector en estos elementos estructurales alternan entre positivos y negativos en diferentes sectores.

Paso final

Hechas todas estas verificaciones mencionadas ya sólo queda realizar el dibujo detallado de todos los elementos estructurales para la respectiva construcción de la estructura.

autores: Marcelo Pardo y Safian Bustos

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