INTRODUCCIÓN Se entiende por cimentación a la parte de la estructura que transmite las carrgas ca gas al suelo suelo.. Ca Cada da edif edifca caci ción ón dema demand nda a la nece necesi sida dad d de res esol olve verr un problema de cimentación. En la práctica se usan cimentaciones superfciales o ciment cimentaci acione oness prou prounda ndas, s, las cuales cuales prese presenta ntan n import important antes es dier dierenc encias ias en cuan cuanto to a su geom geomet etrí ría, a, al co comp mpor orta tami mien ento to del del suel suelo, o, a su unc uncio iona nali lida dad d estructural y a sus sistemas constructivos. En toda cimentación pueden aparecer tres tipos distintos de elementos lineales pero con apariencia similar (rectangulares, con aula de acero y de directri! recta entre los soportes de la estructura. estos elementos tienen unciones estructurales dierentes. "na viga de cimentación es el medio estructural por el cual los esuer!os de toda la estructura se van a transmitir a los elementos fnales de cime ciment ntac ació ión. n. se co comp mpor orta tan n de or orma inve invers rsa a a las las viga vigass de la #sob #sobrre estructura# es decir en una viga #normal# (de sobre estructura$ donde se presentan las %e&iones má&imas por lo general son en el lec'o bao de la viga, en una viga de cimentación se presentara en el lec'o alto, en resumen una viga de cimentación se comporta de orma inversa a las demás vigas ara ara pode poderr 'ace 'acerr el cálculo adecuado de la cimentación y de las vigas de cimentación requieres entre otras muc'as cosas la capacidad de carga d el suelo, el análisis de cargas y esuer!os de toda la estructura si es que esta es por medio de marcos rígidos o la carga lineal si es que es por m)todo de muros de carga. Construir una casa en una empinada ladera o en suelos mal drenados requiere un tipo dierente de cimientos. *a base monolítica o cimiento de vigas puede resolver los problemas de un despla!amiento de la carga que estos tipos de condiciones pueden presentar. *as vigas monolíticas se pueden describir como una gran pie!a de 'ormigón vertido. En otras palabras, la viga de cimentación entera se vierte en concreto de una sola ve!, sin separación en el soporte de la casa. ejemplos:
Si tienes una cimentación por medio de pilotes o pilas (ya sean de control, de punt punta a o de ric ricci ció ón$ las las vigas igas de cim cimenta entacción ión van a ser el vín vínculo culo de transmisión de cargas entre la estructura y los pilotes. Si tu cimentación es por medio de una placa de cimentación (tambi)n llamada losa de cimentación$ las vigas de cimentación van a ser quienes pasen los esuer!os de la estructura a esta losa de cimentación.
CIMENTACIONES SUPERFICIALES "na cimentación superfcial es un elemento estructural cuya sección transversal es de dimensiones grandes con respecto a la altura y cuya unción es trasladar las cargas de una edifcación a proundidades relativamente cortas, menores de + m apro&imadamente con respecto al nivel de la superfcie natural de un terreno o de un sótano. En una cimentación superfcial la reacción del suelo equilibra la uer!a transmitida por la estructura. Esta reacción de uer!as, que no tiene un patrón determinado de distribución, se reali!a en la interase entre el suelo y la sección transversal de la cimentación que está en contacto con )l. En este caso, el estado de esuer!os laterales no reviste mayor importancia. En consecuencia, el comportamiento estructural, de una cimentación superfcial tiene las características de una viga o de una placa. *as cimentaciones superfciales, cuyos sistemas constructivos generalmente no presentan mayores difcultades, pueden ser de varios tipos, segn su unción!apata aislada, !apata combinada, !apata continua o losa de cimentación. En una estructura, una !apata aislada, que puede ser conc)ntrica, medianera o esquinera se caracteri!a por soportar y trasladar al suelo la carga de un apoyo individual una !apata combinada por soportar y trasladar al suelo la carga de varios apoyos y una losa de cimentación o placa por sostener y transerir al suelo la carga de todos los apoyos. *as !apatas individuales se plantean como solución en casos sencillos, en suelos de poca compresibilidad, suelos duros, con cargas de la estructura moderadas. Con el fn de darle rigide! lateral al sistema de cimentación, las !apatas aisladas siempre deben interconectarse en ambos sentidos por medio de vigas de amarre. *as !apatas combinadas se plantean en casos intermedios, esto es, suelos de mediana compresibilidad y cargas no muy altas. Con esta solución se busca una reducción de esuer!os, dándole cierta rigide! a la estructura, de modo que se restrinan algunos movimientos relativos. *a losa de cimentación por lo general ocupa toda el área de la edifcación. /ediante esta solución se disminuyen los esuer!os en el suelo y se minimi!an los asentamientos dierenciales. Cuando se trata de atender y transmitir al suelo las uer!as de un muro de carga, se usa una !apata continua o corrida, cuyo comportamiento es similar al de una viga.
LAS VIGAS DE CIMENTACIÓN Son los elementos estructurales que se emplean para amarrar estructuras de cimentación tales como !apatas, dados de pilotes, pilas o caissons.
2.- FUNCIONES DE LAS VIGAS DE CIMENTACIÓN 0 las vigas de undación tradicionalmente se les 'an asignado las siguientes unciones principales• •
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*a reducción de los asentamientos dierenciales. *a atención de momentos generados por e¢ricidades no consideradas en el dise1o. El meoramiento del comportamiento sísmico de la estructura. 2 las siguientes unciones secundariasEl arriostramiento en laderas. *a disminución de la esbelte! en columnas. El aporte a la estabili!ación de !apatas medianeras.
2.1.- La reducció de a!e"a#ie"$! di%erecia&e! El eecto de las vigas de undación como elementos que sirven para el control de asentamientos dierenciales depende de su rigide!. 3ormalmente, el tama1o de las secciones de las vigas de undación que se emplean (má&. * 456 $, permite descartar cualquier posibilidad de transmisión de cargas entre una !apata y la otra. 3o se puede garanti!ar que una viga de undación transmita momentos debidos a los asentamientos dierenciales de las !apatas, a menos que para ello tenga una rigide! considerable. Cuando una viga de undación se proyecta con rigide! sufciente para controlar asentamientos dierenciales de la estructura, es necesario considerar la interacción
suelo 7 estructura. "n m)todo que en ocasiones se 'a empleado con el propósito de que la viga de undación controle asentamientos dierenciales, es el de suministrar, como dato del ingeniero de suelos, el valor del asentamiento dierencial que sure la cimentación correspondiente a uno de los e&tremos de la viga, el cual induce sobre el otro e&tremo un momento dado por M
=
6 EI
L
2
δ
En este caso, para un valor determinado de 8, se tiene que a mayor sección transversal de la viga, mayor será el momento inducido M. 0quí la rigide! de la viga no estaría controlando el asentamiento dierencial 8 (que para el caso, es un dato y no una variable$ sino el valor del momento, generando un dise1o dicotómico, es decir que a mayor rigide!, se requiere más acero, lo cual no tiene sentido práctico, y por lo tanto no se recomienda. El error aquí consiste en pretender que el asentamiento dierencial 8 que suministre el ingeniero de suelos sea independiente de la rigide! de la viga, ya que a mayor rigide! de la viga, este se reduciría. Si la viga de undación no 'a sido e&presamente dise1ada para reducir los asentamientos dierenciales, lo cual implica que disponga de una rigide! importante, no se recomienda considerarla en el dise1o.
2.2.- A"eció de #$#e"$! 'eerad$! ($r e)ce"ricidade! $ c$!iderada! e e& di!e*$ Esta unción la eerce la viga de undación dependiendo del criterio que se adopte para su dise1o. Criterio 9- :ise1ar la viga de undación para que tome los momentos que se generan en el empotramiento y la !apata sólo atienda carga a&ial. En este caso, se debería considerar la viga en el análisis estructural, incluyendo el apoyo sobre el suelo, ya que esta no se construye en el aire, en general.
0lgunos dise1adores no incluyen la viga en el análisis estructural, pero arbitrariamente la dise1an con los momentos obtenidos en los nudos columna !apata que resulta del análisis estructural con modelación de empotramiento.
−
Criterio 5- :ise1ar la !apata para que atienda el momento bia&ial, criterio que se austa con mayor precisión a la suposición inicial de empotramiento entre la columna y la !apata. En este caso la viga de undación se dise1a nicamente para las cargas nominales de sismo, lo cual conduce a armaduras mínimas.
2.+.- Me,$ra#ie"$ de& c$#($r"a#ie"$ !!#ic$ de &a e!"ruc"ura Establece que las vigas de undación deben resistir una uer!a ya sea de tracción o de compresión ( C ó ;$, dada por la e&presiónCo´T= 0.25 A a P u
:ónde0a - Coefciente que representa la aceleración pico eectiva para dise1o " -
- Coefciente de reducción de resistencia, que para elementos reor!ados con estribos cerrados es igual a 6.=> f ´ c : resistencianominal del concretoa ala comprension , expresada en MPa. A g :
0rea bruta de la sección, e&presada en mm5.
A st
- 0rea total del reuer!o longitudinal, e&presada en mm5.
f y
- ?esistencia nominal a la in%uencia del acero de reuer!o, e&presada en
/a. 2..- E& arr$!"ra#ie"$ e &adera! Esta unción de las vigas de undación tiene bastante aplicación por las características topográfcas en !onas monta1osas. or el desnivel del terreno, un edifcio puede presentar irregularidad en altura, confguración geom)trica que avorece la generación de esuer!os de %e&ión en las columnas que pueden ser atendidos mediante vigas de undación en dirección diagonal (@igura 99$, las cuales al arriostrar el edifcio, aportan rigide! a la !ona más %e&ible y vulnerable.
2./.- La di!#iució de &a e!0e&"e e c$&u#a! "na unción estructural importante presenta la viga de undación cuando se dise1a y construye a cierta altura con respecto a la cara superior de las !apatas que une. *a viga en este evento, al interceptar las columnas ineriores en su longitud, las arriostra disminuyendo su esbelte!. En t)rminos generales, debe procurarse que la viga de undación sea lo más superfcial posible para lograr menor e&cavación (y por ende mayor estabilidad lateral del suelo$, y mayor acilidad en la colocación del acero de reuer!o y en el vaciado del 'ormigón. En este caso el suelo sirve de ormaleta, lo que constituye una gran ventaa económica.
2..- E& a($r"e a &a e!"a0i&iació de a(a"a! #ediaera! En el caso de !apatas medianeras una viga de amarre no sólo podría ayudar a disminuir el valor de los asentamientos dierenciales, sino que tambi)n ayuda a mantener su estabilidad, ya sea actuando como un elemento tensor que se opone al momento volcador que le transfere la columna a la !apata, o como un elemento relativamente pesado que a manera de palanca impide la rotación de la !apata al centrar la uer!a desequilibrante de la reacción en la undación y la carga que baa por la columna.
+.- DIMENSIONES M3NIMAS
*as vigas de amarre deben tener una sección tal que su mayor dimensión debe ser mayor o igual a la lu! libre *A56 para estructuras con capacidad especial de disipación de energía, a la lu! *AB6 para estructuras con capacidad moderada de disipación de energía (:/$ y a la lu! *A+6 por para estructuras con capacidad mínima de disipación de energía (:/D$. Esta viga, con una altura de y el anc'o de, podría eventualmente desaparecer como elemento viga al quedar embebida en la losa de piso. En todo caso, dada su baa rigide!, se debe dise1ar la !apata por %e&ión bia&ial.
.- REFUER4O LONGITUDINAL El acero de reuer!o longitudinal debe ser continuo *as varillas deben pasar de una !apata a otra con el fn de garanti!ar el trabao de tensión. Este reuer!o debe ser capa! de desarrollar y por medio de anclae en la columna e&terior del vano fnal. *o anterior no signifca que no pueda 'aber traslapos en el acero de reuer!o.
/.- REFUER4O TRANSVERSAL :eben colocarse estribos cerrados en toda su longitud, con una separación que no e&ceda la mitad de la menor dimensión de la sección B66mm. ara la viga mínima de B66mm & B66mm , la separación será entonces de 9>6mm . Esta afrmación es válida cuando la !apata se dise1a a %e&ión bia&ial en caso de que la viga de undación resista momentos %ectores provenientes de una columna, debe cumplir los requisitos de separación y cantidad del reuer!o transversal que fe el reglamento para el nivel de capacidad de disipación de energía en el rango inelástico del sistema de resistencia sísmica.
*a cimentación es el conunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edifcación o elementos apoyados a este al suelo distribuy)ndolas de orma que no superen su presión admisible ni produ!can cargas !onales. :ebido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados. *a viga de cimentacion es un elemento estructural que permite tomar las cargas de muro y transmitirlas a la undacion aislada. Se trata de un !ampeado lineal de !apatas. resenta una confguración de viga, por lo que su armado será el de una viga trabaando a %e&ión, sólo que en este caso la armadura de tracción estará colocada en la cara superior.
eneralmente se utili!an en terrenos co'erentes de ácil e&cavación, edifcios de poca altura (cuatro plantas$ y pilares no aleados más de > metros entre sí. *a cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura.
CARACTER3STICAS *os pilotes de apoyo están conectados mecánicamente a la viga de cimentación por las aulas de barras de reuer!o. Esto permite que el peso de la casa sea transerido a gran proundidad. Este tipo de construcción se usa
típicamente en áreas de pendientes pronunciadas o suelos muy 'medos. Es sabido que las bases regulares se desli!an 'acia abao en pendientes pronunciadas en )pocas de uertes lluvias o en condiciones de congelación y descongelación en invierno. ;iene como fnalidad• •
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Ser sufcientemente resistentes para no romper por cortante. Soportar esuer!os de %e&ión que produce el terreno, para lo cual se dispondrán armaduras en su cara inerior, que absorberán las tracciones. 0comodarse a posibles movimientos del terreno. Soportar las agresiones del terreno y del agua y su presión, si la 'ay.
CONSIDERACIONES El dise1o y el uso de una base de vigas será dierente para cada sitio de construcción. Se deben considerar siempre a los arquitectos o ingenieros para la construcción en estos tipos de suelos. Facer caso omiso de los m)todos apropiados de construcción puede ser la dierencia entre tener un 'ogar estable y uno que, literalmente, se mueva cuesta abao o se 'unda en el suelo.
COMO FUNCIONA. *os puestos de apoyo proundos, pilotes o agueros perorados están llenos de barras de metal reor!ados llamadas barras de reuer!o. Estas aulas de armadura se conectan entre sí y cuidadosamente se colocan en los po!os proundos con una gra. *os pilotes se llenan con 'ormigón de alta resistencia a la tracción. *os pilotes se disponen para su e&cavación cada 96 a 95 pies (B a B,> metros$ alrededor del perímetro de la base de la viga. *a parte superior de estos postes de soporte de 'ormigón alcan!a la misma altura para ormar una
marca de calidad. Este grado de nivel se utili!a para identifcar la parte inerior de la viga de cimentación.
TIPOS. *a viga de cimentación se 'ace para adaptarse al tama1o segn el uso de las ormas concretas reutili!ables. *as barras de reuer!o se colocan en la orma y se conectan entre sí para 'acer una aula de acero cuadrada o rectangular. Esta aula de barras de reuer!o de concreto da la uer!a necesaria para soportar la estructura o el 'ogar. *as vigas de 'ormigón vertido pueden variar en tama1o desde 95 a 9G pulgadas (B6 a +> cm$ de anc'o a 5+ a B= pulgadas (=6 a H6 cm$ de altura, dependiendo de la estructura con la que deben ser compatibles.
VIGAS CONTINUAS DE CIMENTACION
En ingeniería y arquitectura se denomina viga a un elemento estructural lineal que trabaa principalmente a %e&ión.
Ma"eria&e! u"i&iad$!
/adera
0cero
Formigón armado
COLOCACIÓN DE VIGAS En general las vigas de amarre 'ori!ontales, deben colocarse• •
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En las cimentaciones, en todos los casos. 0 la altura del entrepiso, en las casas de 5 pisos, teniendo en cuenta que esta viga se puede colocar embebida en la losa de entrepiso. 0 la altura de enrase de cubierta, en todos los casos. Esta viga debe conormar un diaragma 'ori!ontal, es decir cerrado todo su perímetro. 0 nivel de las vertientes, en la terminación de muros de culata, se colocan cintas de amarre ormando un diaragma. Como remate en orma de cinta de amarre en los muros parapeto
*a viga de amarre para cimentación de una casa de un piso, debe tener una sección mínima de 5> & 5> centímetros asentada sobre > cms de material seleccionado, colocado encima suelo natural con + varillas lisas de diámetro de BAG# o 96 mm de 5+6 /pa (5+66 IgAcm5$ de resistencia
*as vigas de amarre superior tendrán un grueso igual al del muro y una altura mínima de 9> cms, con + varillas de BAG lisas de 5+6 /pa (5+66 JgAcm5$, para un anc'o mínimo de 99 cms y para anc'os menores 5 varillas corrugadas de 9A5 y de +56 /pa (+566 JgsAcm5$ cuando la viga vaya al mismo nivel de la losa, puede ser embebida en ella.
CINTAS DE AMARRE *as cintas de amarre son elementos estructurales que amarran los muros de culata tendrán como anc'o mínimo el del muro y una altura mínima de 96 cms, con 5 barras longitudinales de diámetro BAG o de 96 mm, de 5+6 /pa (5+66 IgsAcm5$ tambi)n, en lugar de colocar las dos varillas de BAG, se puede colocar una corrugada de diámetro K# y de +56 /pa (+566 IgsAcm5$. ueden utili!arse ladrillos en orma de canal para undir la cinta.
PROCESO CONSTRUCTIVO DE VIGA DE CIMENTACION aL Dnterpretar el plano estructural- En este se puede ver dimensiones, locali!ación de armadura y sus diámetros, diámetros y %ees. ;ambi)n fguran en el plano los anclaes entre vigas, así como los anclaes para las columnetas de confnamiento bL /edir, cortar y fgurar el 'ierro- ;eniendo como base las especifcaciones que dan los planos estructurales, proceda a medir y cortar el 'ierro principal para la viga, el de los %ees, y el de las columnetas de confnamiento. ara la viga de la fgura se requieren + varillas de BAG como reuer!o principal y varilla de M para estribos o %ees. cL *a fguración de los estibros se reali!a teniendo en cuenta el recubrimiento del 'ierro con 'ormigón. En el caso de una viga de 9> cm de anc'o por 56 cm de alto, se debe 'acer el estribo deando 5.> cm para recubrimiento a cada lado, lo que 'ace que el estribo quede de 96 cm de anc'o por 9> cm de alto y un ganc'o interno de G cm para que se ancle en el 'ormigón. or lo tanto se debe cortar la varilla para este estribo de una longitud igual a9>N96N9>N96NGNGO == cm. dL 0rmar la canasta para la viga y la columneta- Se preparan 'ilos de alambre dulce P9G en longitudes de 56 cm y con el bic'iroque o ganc'o para amarrar se procede a armar la canasta, teniendo en cuenta que los estribos van más
untos a los e&tremos de la viga, cerca de las columnetas por lo tanto allí se colocan a 96 cm y en los centros de 56cm.
eL ;rasladar y empla!ar la canasta- Se lleva la canasta y se coloca sobre el cimiento ciclópeo, con reerencia al ee marcado previamente y se reali!a los empalmes o traslapes necesarios entre las vigas en Q*R o en Q;R de acuerdo con las especifcaciones. L Se coloca el arma!ón de columnas de confnamiento- *as columnas se anclan o amarran despu)s de colocada la canasta de la viga de cimentación. *as canastas de las columnetas no deben quedar separadas más de B> de veces el espesor del muro, o + metros y debe 'aber una en cada cruce de muros y llegar 'asta el ondo de la canasta. gL Si la cimentación es en orma escalonada, se coloca el 'ierro de la orma que muestra la fgura, ubicando > estribos separados a 96 cm cerca a los nudos y el resto a 56 cm. El escalón de cimentación no debe tener más de ++ cm de altura. Si no quieren 'acer escalones, se puede utili!ar un meoramiento del terreno mediante un ciclópeo, 'asta nivelar con el terreno el ondo de la !ana. 'L 0rmar y colocar ormaleta o encorados de madera- Se procede a locali!ar la ormaleta teniendo como quía los ees de la viga se colocan a plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte superior para que el anc'o de la viga se mantenga uniorme. iL Clavar y arriostrar el encorado- Es necesario colocar, como se muestra en la dibuo, riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el empue lateral del 'ormigón durante al vaciarlo. *a canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del ondo y completamente embebida en el 'ormigón. Se marcan los niveles, estableciendo la altura de la viga y se fan unos clavos para enrasar la corona del cimiento. L Se untan con aceite quemado o parafna con acpm los testeros de la ormaleta para que el 'ormigón no se peque del encorado y se procede a undir la viga para lo cual se utili!a un concreto u 'ormigón en una dosifcación 9-5-B. :urante el vaciado se debe c'u!ar el 'ormigón con una varilla de K o >AG de pulgada y vibrar con una maceta de cauc'o mediante golpes suaves sobre la ormaleta, sin e&cederse para no causar disgregación de los materiales. IL 3ivelar corona de la viga- Colocando un 'ilo entre los clavos de nivelación y con la ayuda del palustre, se procede a emparear el concreto u 'ormigón 'asta el tope que marca el 'ilo para que así quede nivelada la corona.
lL :esencorado y curado- :espu)s de pasadas 95 'oras, o al día siguiente de undida la viga de cimentación, se procede a desencorarla, quitando con muc'o cuidado la ormaleta y luego rociando con agua la viga por días consecutivos como mínimo, segn lo establece la norma.
Re(&a"e$ de (i&ar. Se están colocando unas camillas de madera para el replanteo del los arranque del pilar. Entre ambos pilares se encuentra la !ana de la viga riostra y su armado.
C$&$cació de &a 5i'a. Colocación de la viga entre las dos !apatas. Tnicamente necesita el armado necesario para trabaar a compresión y a tracción.
Vi'a ce"rad$ra. Se puede observar el incremento de armado que supone el centrado de cargas de un pilar, debido al momento que produce la e¢ricidad de la carga.
Ecue"r$ de 5i'a ce"rad$ra 6 5i'a ri$!"ra.
Encuentro entre dos tipos de vigas de cimentación, una riostra y una centradora.
