Cálculo Y Diseño Estructural
Fundaciones
Es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable; la fundación estará bien diseñada si cumple adecuadamente con su doble función, el cual es brindar estabilidad y resistencia.
Clasificación por profundidad
Las fundaciones tienen su clasificación más práctica a partir de la profundidad a la cual son construidas. En este sentido podemos clasificarlas en:
Fundaciones Superficiales
Fundaciones Profundas
Fundaciones intermedias
Fundaciones superficiales
A la vez, dentro de esta clasificación se pueden considerar diferentes tipos de fundaciones según su necesidad.
Zapatas aisladas
Es el tipo más común de fundación superficial. Se utiliza en la mayoría de las construcciones aporticadas donde las cargas provienen exclusivamente de columnas y necesitan transmitirse hacia el suelo.
Las formas cuadradas suelen ser las más comunes por su facilidad constructiva. Sin embargo en algunos casos se adoptan bases circulares cuando el elemento estructural a soportar tiene sección circular. Este es el caso de tanques de agua con pilares circulares, faros, turbinas eólicas u otros similares.
Zapatas corridas
Se utilizan exclusivamente para soportar muros de contención o muros portantes.
Es muy común que de inicio se confunda a este tipo de zapatas con las vigas de fundación, que se verán más adelante. La diferencia entre ambas radica en que las zapatas corridas sostienen siempre cargas distribuidas uniformemente en profundidad. En cambio las vigas de fundación soportan particularmente cargas puntuales.
Zapata combinada
Como su nombre lo indica, consiste en la combinación de dos (o más) zapatas formando una sola. Esta situación es común en casos donde existe un solapamiento entre áreas de zapata o las zapatas están muy cerca una de otra. Entonces, una zapata combinada conformada por dos zapatas unidas trabaja redistribuyendo el esfuerzo en general de mejor manera que dos zapatas aisladas.
Si se tiene entonces un solapamiento entre las superficies A1 y A2 producto de las cargas P1 y P2 respectivamente, se deben sumar y combinar ambas superficies formando una superficie At = A1+A2 cuyo centroide sea igual al centroide de las dos cargas P1 y P2 o al centroide de las áreas A1 y A2.
La zapata resultante será la siguiente:
Vigas de cimentación
Las vigas de cimentación son un caso muy similar al de zapatas combinadas. Sin embargo este tipo de fundación tiene dos diferencias concretas:
1) La primera diferencia radica en que las vigas de fundación trabajan en general con toda una fila de cargas puntuales en línea. En cambio una zapata combinada suele combinar en general solo dos cargas.
2) La segunda diferencia radica en el tipo de análisis llevado a cabo en este tipo de fundación. Cuando se decide solucionar la distribución de esfuerzos hacia el suelo mediante una viga de fundación, por lo general hoy en día el análisis se realiza a partir de la interacción suelo – estructura. Por tanto se concibe a la viga como un elemento deformable apoyado sobre un lecho elástico.
Si bien también puede concebirse a una viga de fundación como un elemento rígido con una distribución de esfuerzos constante en su base, esta solución arroja vigas muy robustas y costosas. Es por eso que este análisis suele no ser el más conveniente.
No debe confundirse este tipo de fundación con el de una zapata corrida. Las zapatas corridas sostienen cargas distribuidas y uniformes desde la superestructura. En cambio una viga de cimentación suele sostener cargas puntuales producto de columnas hacia el suelo, en una suerte de esfuerzos no uniformes en el contacto entre hormigón y suelo.
Es comun que las vigas de fundación tengan un elemento rigidizador en forma de viga T invertida para que las deformaciones de la viga se reduzcan y los esfuerzos en el suelo sean más uniformes, como en la siguiente imagen. A pesar de contar con este rigidizador, la viga de fundación no se convierte en una zapata corrida, pues el principio de análisis sigue siendo el de una viga que soporta cargas puntuales.
También pueden armarse vigas en dos direcciones perpendiculares formando una especie de losa de fundación con huecos o vanos sin concreto reforzado en los centros de las cuadriculas formadas por las vigas.
Losa de fundación
En muchos lugares también se la llama Losa Radier, platea de fundación o losa de cimentación. Consiste en una losa sobre la cual se apoya toda la estructura, distribuyendo de manera más o menos uniforme, los esfuerzos hacia el suelo.
El principio de cálculo de las losas de cimentación o de fundación es exactamente igual al principio de cálculo de las vigas de fundación, pero en un concepto tridimensional. O sea, la losa se apoya sobre un lecho elástico conformado por resortes de elasticidad igual al coeficiente de carga o coeficiente de balasto del suelo.
El análisis de este tipo de losas por mucho tiempo se realizó bajo reglas empíricas llegando siempre a un armado de la estructura de losa bajo un concepto de distribución de esfuerzos constante en el suelo y losa de fundación rígida.
Sin embargo con la ayuda de los computadores y software de cálculo, se puede ahora tener un mejor conocimiento de los esfuerzos en el suelo y estructura en base a la interacción suelo – estructura y a la deformación de ambos materiales.
Cimentaciones profundas
La clasificación de pilotes es más o menos grande dentro de esta categoría, y no entraré en mucho detalle respecto a los tipos de pilotes. Sin embargo basta mencionar por el momento que existieron a lo largo de la historia de la construcción pilotes de diferentes materiales, como madera, concreto, acero e incluso bambú a modo de micropilotes.
Además la clasificación de pilotes no solo se da en base al material, sino al método constructivo, existiendo pilotes vaciados en sitio ,pilotes hincados a golpes, pilotes insertados a presión, siendo los dos últimos más complejos en su instalación por la necesidad de maquinaria.
Por otro lado existe la clasificación de pilotes en función al tipo de resistencia que otorgan respecto a la carga aplicada. Existiendo así pilotes que resisten por fricción, otros por cabeza, y la combinación de ambos.
Cimentaciones intermedias
Muchos libros categorizan a este tipo de cimentaciones dentro del tipo cimentaciones profundas, ya que su concepto de resistencia es más o menos parecido al de pilotes.
La diferencia entre este tipo de fundaciones con las de pilotes radica más que nada en el método constructivo y a la relación diámetro – profundidad de estos elementos. A diferencia de los pilotes, las pilas de fundación pueden ser excavadas a mano y además entrar profundidades en promedio de 5[m], lo que las pone en una categoría intermedia entre zapatas y pilotes.
Las excavaciones de este tipo de fundaciones puede ser de sección circular o cuadrada. Se prefiere muchas veces una pila de sección cuadrada por su sencillez de doblado de los aceros. En este sentido es importante mencionar dos de los tipos más comunes de armado de pilas de fundación cuadrada.
La primera de las dos opciones mostradas arriba consiste en una zapata vaciada sobre una carpeta de hormigón pobre. El dimensionamiento de esta zapata cumple las mismas reglas de diseño de una zapata aislada, pero encima se concibe un pedestal o «dado» robusto que impide al elemento pandearse en el tramo enterrado. Además que permite un buen recubrimiento de los aceros lateralmente con concreto.
La segunda opción consiste en el relleno de terreno de excavación con hormigón pobre, a una dosificación de 2 bolsas de cemento por m3 de agregado. Este agregado puede ser incluso tierra mejorada granular traida de un banco de material. Esta segunda opción podría concebirse como «fundación sobre terreno mejorado» donde la zapata se construye sobre el relleno de hormigón pobre.
Encofrado de fundacion
En los últimos años, un diseño con un encofrado de polímero viene a reemplazar el desmontaje, lo que después de llenar el concreto se convierte en parte de la Fundación Futura. Ella le da propiedades adicionales, protegiendo contra el agua y manteniéndose al calor. Propiedades adicionales de un encofrado no removible de un material de este tipo: facilidad de montaje (algo así como un diseñador o rompecabezas) y, como resultado, la armonía geométrica de las partes. Los tipos separados de encofrado de polímero tienen una cuadrícula de refuerzo que mejora la base.
De las menos, el costo de tal fundación es más alto que el de los tableros construidos con la ayuda. Sin embargo, el juego vale la pena la vela cuando se trata de lo que se está construyendo durante décadas y por sí mismos. Un encofrado no removible también se puede realizar desde una hoja de perfil galvanizada, en la base terminada, protegerá la superficie del concreto, y sus olas servirán como costillas de rigidez. Para tal diseño de metal, se necesita el "cinturón" extraíble de estacas de la barra.
Viga de Riostra
Encofrado
Los encofrados son elementos auxiliares destinados al moldeo de hormigones y morteros, siendo su misión la de contener y soportar el hormigón fresco hasta su endurecimiento, sin experimentar asientos ni deformaciones, dándole la forma deseada. Cuando, en vez de obras “in situ”, se trata de prefabricación en taller, los encofrados se denominan moldes. Los encofrados son estructuras temporales, que se cargan durante unas horas durante la colocación del hormigón y en pocos días, se desmontan.
Los encofrados de madera son los moldes en los que se realiza el vaciado in situ del hormigón en masa hasta que éste fragüe, en realidad el encofrado es solo el molde, mientras la cimba es el conjunto de los apeos que lo sustentan. Se pueden utilizar para conformar diferentes tipos de estructuras como:
• Horizontales: losas y forjados. • Verticales: pilares y muros tanto rectos como curvos. • Inclinadas: muros, taludes. • Curvas: bóvedas, cúpulas, paraboloides.
• Laschapas de encofrar metálicas:
Presentan la ventaja de que son de fácil montaje y duran más. Sin embargo, son piezas de una forma determinada difíciles de adaptar a formas irregulares. • Los tableros de encofrar: Son más ligeros y se pueden trabajar para adaptarlos a las formas irregulares del hormigón. Según el tipo de madera utilizado, se consigue un acabado diferente. Como contra indicaciones, se degradan más fácilmente y hay que tener cuidado en su mantenimiento y montaje.
Las características de los materiales para encofrar son:
• Rigidez y resistencia, para soportar el peso del hormigón y conseguir la forma deseada.
• Estanqueidad, las juntas deben ser herméticas para que no haya fugas de hormigón ni defectos en la superficie de la estructura.
• Resistencia a la acción del agua, los aditivos y otros componentes del hormigón.
• No adherencia fuerte al hormigón una vez seco, para que se puedan extraer fácilmente.
Despiece
El que nos informa de las características técnicas de cada pieza y es el más importante para afrontar la fabricación de las diferentes piezas. Despiezar la madera consiste en dividir la troza o tronco en piezas más pequeñas, normalmente tablas y tablones. Al realizar esta operación se pretende la obtención del máximo número de piezas útiles reduciendo al máximo los residuos no aprovechables. En las distintas maderas de la realización de los despieces sus tipos son:
1. Despiezo al cuarteo: Dos cortes perpendiculares. 2. Despiezo radial o mallado: Sigue la dirección de los radios medulares. 3. Despiezo al hilo, paralelo o a lo largo: Se dan cortes longitudinales paralelos al eje para obtener tablas o tablones. Las piezas tienen alabeo al secarse. 4. Despiezo de Paris: Se obtiene una pieza gruesa central y de los laterales otras de menor tamaño. 5. Despiezo en Cruz: Se obtiene una pieza gruesa central y de los costeros obtenemos 2 piezas más y los cuadrantes se despiezan radialmente 6. Despiezo Holandés: Obtenemos cuatro cuarterones que se dividen de forma radial 7. Despiezo por cortes encontrados: Se separa el tablón central y las piezas restantes se dividen por el centro sacando tablas por cortes encontrados.
Trabajo de la madera:
• Escuadración: Para obtener de un tronco una pieza prismática, con las dimensiones correspondientes y desperdiciando la menor cantidad de madera posible. • Escuadrías: Dimensiones de las piezas escuadradas. Pueden ser generales o particulares de una especie o una aplicación concreta. • Despiezo: - Tiene por objeto dividir un tronco en piezas mediante la sierra, según planos paralelos al eje. - Si obtenemos solo un pieza se denomina madera enteriza, su forma más sencilla es el rollizo, pudiendo obtener piezas de sección cuadrada o rectangular por eliminación de los costeros.
Productos obtenidos por despiezo:
1. Rollo o Rollizo: Tronco desprovisto de ramas con o sin corteza en trozos de 2 m de longitud.
2. Semirrollizo: Corte de un rollizo a lo largo.
3. Rollo grueso de más de 30 cm de diámetro y 10-15m de longitud.
4. Rollo semigraso: de 25 a 30 cm de diámetro y 8 a 12 m de longitud.
5. Rollo para chapa: madera apta para el desarrollo en trozos de 2 m. y 25 cm de diámetro
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