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✅  08 DIFERENTES TIPOS DE CIMENTACIONES 👷‍♂️👷‍♀️ Procesos y Características de cada Cimentación

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2.1. Líneas de Carga y Área Tributaria
Líneas de carga. Una línea o trayectoria de carga es aquella que viaja desde donde actúa hasta donde es resistida.
Área tributaria. Las cargas por gravedad en elementos horizontales como vigas o losas necesitan repartirse de acuerdo a la influencia y relación de tienen entre ellas. Las cargas especificadas dadas por algún Código de construcción como el ASCE, especifican una carga por área unitaria de superficie. En un arreglo estructural dado, si una viga está soportando un piso, techo o muro, que tenga una presión o carga perpendicular a la superficie, la fuerza total en el elemento de viga es igual al área superficial correspondiente multiplicada por la carga o presión de la superficie. El concepto de áreas tributarias es muy útil cuando se calcula la carga aplicada a elementos estructurales. Existen dos principales condiciones para utilizar un área tributaria como medio de determinar la carga en el elemento determinado:  La carga del área tributaria debe de ser uniforme. Los elementos de soporte deben ser simplemente apoyados y de claro simple o puede asumirse razonablemente que transfieren la mitad de su carga al elemento de soporte. Este criterio no es totalmente válido si no está simplemente soportado y el método pierde su utilidad .
2.2. Cálculo de Cargas
2.2.1. Cargas primarias, cargas muertas y cargas vivas
Cargas muertas, D
Las cargas muertas son las cargas gravitatorias del peso de todos los materiales que constituyen el elemento estructural, incluyendo todo el equipo fijo formando parte de la estructura, tubería, alambrado, ductos, aparatos etc. Los pesos específicos o unitarios de los materiales se pueden obtener de distintas fuentes como Las cargas muertas se expresan en términos de carga uniforme sobre un área unitaria.
Cargas vivas, L
Las cargas vivas son también cargas gravitatorias como las cargas muertas, pero son distintas de estas últimas en que son una parte no integral de la estructura en función de la vida útil. Las cargas vivas de techo, Lr están asociadas con el mantenimiento del techo por los trabajadores, equipo y material. Esta carga se trata aparte de los otros tipos de carga viva L. Tanto las cargas vivas de techo y/o piso están sujetas a una reducción cuando actúan en un área tributaria grande, dado que es poco probable que la carga total este aplicada en una misma magnitud en esa área. Esta reducción no se permite cuando se impone una medida de seguridad a la estructura.

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1.1 Importancia de la Interacción Suelo-Estructura
Se debe entender como Interacción suelo-estructura a los esfuerzos y deformaciones que se presentan tanto en el suelo como en la estructura debido a la interacción entre ambos, causada por la diferencia entre las rigideces de los materiales que los constituyen. En el caso de la interacción estática, el fenómeno conduce a plantearse el problema de establecer la compatibilidad de deformaciones entre la estructura y el terreno de cimentación. Este fenómeno tiene que ver con las deformaciones diferenciales que va presentando el suelo a lo largo de la vida útil de la estructura debido a las cargas que esta le transmite, y la redistribución de los esfuerzos que se presenta en los elementos mecánicos de la estructura como respuesta a estas deformaciones. La interacción dinámica suelo-estructura se debe entender como la modificación que sufre el movimiento del terreno por la presencia de la estructura que responde a una excitación dinámica que el mismo suelo le transmite. El fenómeno consiste en un conjunto de efectos cinemáticos e inerciales que son provocados como resultado de la flexibilidad del suelo ante solicitaciones dinámicas y de la rigidez de la estructura.
La interacción entre el suelo y la estructura adquiere relevancia en el diseño sísmico de estructuras desplantadas sobre suelos blandos, porque se puede presentar un incremento en el desplazamiento total del sistema suelo-estructura debido a que la cimentación toma una parte de la deformación. Es frecuente considerar a las señales registradas en la vecindad de la estructura que se analiza o proyecta, como sus excitaciones dinámicas, sin tomar en cuenta otros factores que las modifican durante su trayecto, mismos que se enuncian a continuación. Para un punto sobre la superficie de un afloramiento rocoso (punto A), el movimiento será diferente al que se tendrá a cierta profundidad de la roca (punto B).
El movimiento en B será de menor intensidad que el movimiento en el punto A debido a que en la superficie de la roca se amplifica por las condiciones de frontera libre (ver figura 1.2). El movimiento en roca (punto B de la figura 1.3) a una cierta profundidad será diferente al de un punto en roca con la misma profundidad pero que se encuentra por debajo de un estrato de suelo blando (punto C).
1.2 Interacción dinámica suelo-estructura
Es sabido que las propiedades modales de las estructuras son modificadas por la flexibilidad del suelo y la masa del sistema suelo-estructura. El sistema típicamente suele tener un periodo natural de vibrar mayor y una relación de amortiguamiento más grande comparados con los se tienen de considerar a la misma estructura desplantada sobre base rígida. El amortiguamiento adicional es debido al comportamiento histerético del suelo y a la radiación de la energía producida en este (Avilés, J., and Pérez-Rocha, L. E., 1996). Al analizar el comportamiento sísmico de estructuras se deben considerar los efectos cinemáticos y de inercia asociados a la interacción suelo-estructura, porque afectan a las características dinámicas del sistema e influyen en el movimiento del suelo alrededor de la cimentación. Esto ocurre debido a que el suelo en donde se apoya la estructura tiene una forma característica de responder ante una excitación dinámica que no corresponde a la manera en cómo responde la estructura. De aquí surgen dos fenómenos, uno que tiene que ver con la transmisión de los movimientos que provienen de la estructura hacia el suelo, y el otro con la manera en que se modifica el movimiento que proviene del suelo y que se propaga por la estructura. Cuando las ondas sísmicas llegan a la base de la estructura, si su rigidez es mayor que la del suelo de apoyo, los efectos del movimiento tenderán a ser promediados al tratar de acoplarse la estructura a esos desplazamientos, modificando de esta manera al movimiento incidente del suelo. Esta modificación tiene que ver con: a) las dimensiones de la base de la estructura que filtrarán o harán caso omiso a las altas frecuencias, b) con la forma de la cimentación que restringirá el movimiento en la zona de apoyo, c) con la profundidad de desplante que reflejara y difractará a las ondas incidentes, y d) con la altura y rigidez de la superestructura que le proporcionan una frecuencia fundamental de vibrar.

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EJEMPLO PRÁCTICO INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA

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las cargas tanto vivas como muertas al terreno, regularmente se eligen dependiendo del tipo de construcción, tipo de terreno y el tipo de material

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1. Losa de cimentación.
Las Cimentaciones por Losa, también conocidas como Cimentaciones por Placa o Plateas de Fundación, son aquellas Cimentaciones Superficiales que se disponen en plataforma, la cual tiene por objeto transmitir las cargas del edificio al terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente.

Estas losas llevan una armadura principal en la parte superior para contrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea, y una armadura inferior, debajo de las paredes portantes y pilares, para excluir en lo posible la producción de flechas desiguales.
Cuando se ocupan:

La construcción posee una superficie pequeña en relación con el volumen.

En terrenos de capacidad portante baja.

La existencia del nivel freático, en cuyo caso deberá dimensionarse para soportar la subpresión correspondiente a la diferencia de cota entre el nivel freático y el fondo de excavación.

El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles asientos irregulares

Puntos a considerar:

Al no contar con un espacio de acceso debajo de esta significa que no se pueden ubicar u ocultar allí los equipos de servicios públicos. Gracias a esto, muchos conductos se deben instalar dentro de las paredes.

Gracias a que la tubería con que cuenta una estructura se ubica debajo de la losa de concreto, si se presenta algún tipo de fuga es necesario que las reparaciones se hagan utilizando un martillo para romper la losa y reparar la fuga.

2.-Zapatas aisladas

Las zapatas son un tipo de cimentación superficial empleadas en terrenos con un grado razonable de homogeneidad y con resistencias a compresión de medias a altas. Se tratan de un prisma ancho hecho de hormigón que está ubicado debajo de los pilares de la estructura. La función de las zapatas consiste en transmitir las tensiones a las que está sometida la estructura al terreno, y a su vez anclarla.

Para dar con las dimensiones correctas de una zapata aislada hay que comprobar la capacidad portante de hundimiento, el estado de equilibrio, la resistencia de esta y el asentamiento diferencial de esta con relación a zapatas contiguas.
Cuando se ocupan:

Se emplean cuando la capacidad resistente del suelo es media-alta y por lo tanto la carga del pilar se puede transmitir directamente al terreno. En algunas ocasiones este tipo de zapatas se unen mediante vigas de hormigón armado, conocidas como riostras, en busca de que no se produzcan asientos diferenciales.
3.-Cimentación corrida

Los cimientos Corridos se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno.

El cimiento para muros representa el caso de una losa invertida en voladizo, con carga de gran intensidad ejercida por la presión del terreno y repartida uniformemente. Estos cimientos solo llevan acero de tensión en un sentido (acero perpendicular al muro); además llevan acero paralelo al muro para absorber las contracciones y los cambios de temperatura.

Cuando se ocupan

Las zapatas corridas se utilizan para soportar muros de concreto, piedra o tabique (apoyo corrido), y su trabajo se efectúa en un solo sentido. Se utiliza como plataforma sobre la cual se construye el muro. Este mismo principio es aplicable a las cimentaciones con mampostería que se utiliza en diferentes partes de la republica mexicana.

4.- Pilotes de cimentación

El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas.

Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura por medio de una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta.

Pueden estar construidos con concreto armado ordinario, con concreto pretensados similares a postes de luz, con secciones metálicas o con madera.

Cuando se ocupan

Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del suelo.

En terrenos con baja resistencia, arenosos. Un claro ejemplo de estos son los edificios en Dubái.

Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.

Cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel de suelo.

5.- Cimentación flotante

Cuando la capacidad portante del terreno es muy pequeña, es posible construir un cimiento que, a la manera de un barco, flote. Se fundamenta en que, si el peso del suelo excavado es igual al peso del edificio que le colocamos encima, no hay incremento de la presión sobre el terreno.

Se realiza bien mediante losa de cimentación o mediante pilotes flexibles que soportan la carga mediante el rozamiento con la superficie lateral en contacto.

Cuando se usa

se dice que la cimentación es flotante cuando al calcular la superficie de                                 sustentación de un edificio, ésta resulta ser igual al área disponible del lote, entonces es necesario diseñar una placa maciza o aligerada capaz de soportar las cargas y distribuirlas uniformemente de acuerdo al estudio de suelos.

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La cimentación tiene como objetivo principal otorgar el medio para que las cargas de la estructura que se encuentran concentradas en columnas o en muros, sean transmitidas hacia el terreno provocando un sistema de cimentación la cual da el esfuerzo necesario para resistir estas cargas con seguridad sin producir asentamientos o con asentamientos tolerables ya sean estos uniformes o diferenciales.

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5 DISTINTOS TIPOS DE CIMENTACION * Proceso constructivo y características *

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El objetivo es transmitir las cargas a estratos profundos que tengan una mayor capacidad portante y de resistencia

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La cimentación es referida a la acción y el efecto de los elementos estructurales del edificio encargado de transmitir las cargas del terreno, por lo que la cimentación se realizará en función del mismo, o con elementos apoyados a este suelo distribuyéndose de forma que no superan la presión admisible, que puede admitir, aceptar o tolerar que produzca cargas zonales. La cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las cargas que soporta una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean admisibles para la estructura.