CIMENTACIONES EN LA NORMA REQUISITOS ESENCIALES PARA EDIFICIOS DE CONCRETO REFORZADO IPS-1 JORGE IGNACIO SEGURA FRANCO

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1 CIMENTACIONES EN LA NORMA REQUISITOS ESENCIALES PARA EDIFICIOS DE CONCRETO REFORZADO IPS-1 JORGE IGNACIO SEGURA FRANCO Ingeniero Civil, Universidad Nacional de Colombia Profesor Emérito de la Universidad Nacional de Colombia Profesor Titular de la Escuela Colombiana de Ingeniería Fellow del American Concrete Institute Gerente de JORGE SEGURA FRANCO & CIA. S. en C. Ingenieros Civiles ANTECEDENTES: El documento REQUISITOS ESENCIALES PARA EDIFICACIONES DE CONCRETO REFORZADO es una publicación del American Concrete Institute ACI, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC y la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica AIS. Su publicación se basó en la necesidad expresada a nivel mundial de la existencia de normas más fáciles y sencillas para el diseño de estructuras de concreto reforzado para edificios de área y/o altura reducida. Como un propósito adicional se espera que este documento sirva de apoyo en la formación de los ingenieros estructurales. 1RFRSLDU La publicación fue preparada por un comité ICONTEC-AIS dirigido por el Ingeniero Luis Enrique García Reyes, a quien se debe en gran parte el éxito de la misma. 1

2 Por el alcance determinado para este encuentro de Ingeniería de Suelos y Estructuras nos limitamos a presentar el contenido del Capítulo 14 Cimentaciones desde el punto de vista de su diseño estructural. Todas las figuras, tablas y ecuaciones fueron tomadas directamente de la publicación IPS-1. CIMENTACIONES (Cap. 14 IPS-1) 14.0 NOMENCLATURA 14.1 EXPLORACIÓN DE LOS SUELOS Sondeos Barreno manual Taladro de percusión Ensayos in Situ Ensayos de penetración Ensayos de Carga Estudio de suelos 14. ESFUERZOS ADMISIBLES NO MAYORADOS EN EL SUELO Definiciones (arcillas, arenas, capacidad portante del suelo, gravas, cantos rodados, limos, suelo, suelos granulares fracciones finas y fracciones gruesas). 1RFRSLDU 14.. Capacidad portante para suelos granulares Ensayo de penetración estándar (SPT) Ensayo de penetración con cono (CPT) Capacidad portante para suelos cohesivos.

3 14..4 Procedimientos para obtener la capacidad portante no mayorada de los suelos Aumento de la capacidad portante admisible para combinaciones que incluyen viento y sismo CRITERIO DE ASENTAMIENTOS 14.4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE LA CIMENTACIÓN 14.5 ZAPATAS AISLADAS General Definición de la carga de diseño y el área de la zapata Cargas a incluir. P v superficie P v losa de piso subbase relleno suelo existente q o presión de sobrecarga q a capacidad portante admisible suelo portante Fig Fuerzas que actúan sobre la zapata Carga vertical no mayorada máxima Área mínima de la zapata. Para cargas verticales no factorizadas máximas, Pv, que no incluyen efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento o sismo): A f Pv (q q ) a o (14.6) 3

4 Para cargas verticales no factorizadas máximas, Pov, que incluyen efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento o sismo): A f P (1.33 q ov a q o ) (14.7) Reacción mayorada del suelo Requisitos Dimensionales Forma en planta Simetría Profundidad mínima del suelo portante (hv 1.0 m) Área mínima de la zapata (A 1.0 m) Espesor mínimo de la zapata (h 0.15 m más recubrimiento) Zapatas inclinadas o escalonadas Zapata de espesor uniforme Zapata inclinada Zapata escalonada Zapata con pedestal Fig. 14. Tipos de zapatas aisladas Zapatas que soportan columnas circulares Detalles del refuerzo General Localización del refuerzo a flexión. 4

5 Distancia libre mínima entre barras paralelas. B refuerzo en la dirección larga refuerzo en la dirección corta parte del refuerzo en la dirección corta de la Ec. (14.8) B Fig Distribución del refuerzo en zapatas rectangulares aisladas Separación máxima Área mínima de refuerzo Área máxima de refuerzo Desarrollo del refuerzo Suspensión del refuerzo Anclaje final del refuerzo Valor de dc y d para usar en zapatas Detalles para la transferencia de fuerzas de la columna o muro a la zapata Resistencia a cortante General Localización de secciones críticas de punzonamiento Resistencia requerida por punzonamiento Resistencia al punzonamiento 5

6 Altura efectiva mínima por punzonamiento en zapatas Localización de las secciones críticas por cortante simple Resistencia requerida por cortante simple B d V u d secciones críticas por corte simple q un q un V u Fig Áreas aferentes para cortante simple Resistencia por cortante simple Verificación por cortante simple Requisitos a flexión Secciones críticas por resistencia a flexión B M u q un M u secciones críticas por resistencia a flexión q un Fig Secciones críticas por resistencia a flexión 6

7 Resistencia requerida a flexión " n b M u sección crítica por resi stencia a flexión q un Diseño aproximado a flexión Fig Obtención de la resistencia requerida a flexión M φ A f n s y d φ (14.11) Obtención de la cuantía de refuerzo a flexión As M u b d φ 0.85 f b d ρ (14.1) y Refuerzo longitudinal Zapatas sometidas a momentos externos General Excentricidad Verificación del levantamiento 7

8 B/6 B/6 /6 /6 e e B B Fig Localización de la resultante para evitar el levantamiento de la zapata Cumplimiento de la capacidad portante admisible no mayorada del suelo Sin levantamiento Pv e eb 1+ 6 ( qa qo) B + B Pov e eb 1+ 6 (1.33 qa qo) B + B Para cargas verticales no mayoradas máximas, Pv, sin incluir efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento o sismo) Para cargas verticales no mayoradas máximas, Pov, incluyendo efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento o sismo) Cumplimiento de la capacidad portante admisible no mayorada del suelo Con levantamiento. e a (q a -q o ) o (1.33q a -q o ) 3a Fig Esfuerzos en el suelo con levantamiento a 8

9 Pv ( q 3 B a a q o ) Para cargas verticales no mayoradas máximas, Pv, sin incluir efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento o sismo) Para cargas verticales no mayoradas máximas, Pov, Pov (1.33 qa qo) incluyendo efectos de volcamiento por fuerzas laterales (viento 3 B a o sismo) 14.6 ZAPATAS DE MUROS General Requisitos especiales por cortante Punzonamiento Cortante simple sección crítica por corte simple 1 m muro b w q un V u B Fig Cortante simple en zapatas de muro 9

10 V u B b w qun 1 m (14.19) 3 q d un ( B b φ f c w ) 1m Requisitos a flexión (14.0) Momentos de muros en la cimentación M u P u " w b w b h B Fig Zapata de muro extendida mediante una viga de cimentación M u Pu 3 (14 1) V u P u (14.) 10

11 Nota: no se muestra el ref. del muro muro viga de cim. zapata ref. de zapata Fig Refuerzo de zapata de muro y viga de cimentación 14.7 ZAPATAS COMBINADAS Zapatas combinadas límite de propiedad (a) (b) (c) (d) (e) Fig Tipos de zapatas combinadas Zapatas combinadas unidas por vigas de cimentación Reacción y dimensiones generales " P 1 P h c R 1 R Fig Definición de las fuerzas, reacciones y dimensiones generales de zapatas combinadas 11

12 P R 1 " 1 " + h c (14 3) R P1 + P R1 (14 4) Diseño de la zapata Diseño de la viga " P u h c -M u (max) Fig Variación del momento para vigas de cimentación en zapatas combinadas V u hc Pu " + h c (14 5) M u Pu ( h ) c (14 6) 14.8 PILOTES Y CAISSONS Los pilotes y caissons están fuera del alcance de estos Requisitos esenciales, y en su dimensionamiento y diseño se deben emplear, además de las recomendaciones del estudio de suelos, las normas de soporte de

13 14.9 ZAPATAS SOBRE PILOTES Las zapatas sobre pilotes están fuera del alcance de estos Requisitos esenciales, y en su dimensionamiento y diseño se deben emplear, además de las recomendaciones del estudio de suelos, las normas de soporte de LOSAS DE CIMENTACIÓN General sección típica losa de piso (diseñada con el Cap. 7) viga s de cimenta ci ón losa de cimentación suel o portante Fig Losa de cimentación con vigas sobre ella. l osa de pi so y cimentación mortero pobre sección tí pi ca viga de cimentación suelo portante Fig Losa de cimentación con vigas bajo ella. 13

14 Definición de la carga de diseño y área de la losa Cargas a incluir Carga vertical no mayorada máxima Verificación de la capacidad portante admisible no mayorada Pv B ( q qo) a (14 7) Excentricidad por cargas verticales Reacción mayorada del suelo Requisitos y procedimiento de diseño General Viga típica de piso Viga típica de cimentación Fig Distribución del refuerzo en vigas Losa de cimentación Vigas de cimentación Losa de piso independiente de la losa de cimentación Valor de dc y d para uso en losas de cimentación 14

15 14.11 MUROS DE CONTENCION Presión lateral del suelo General Angulo de fricción interna Presión del suelo en reposo p K γ z 0 0 K0 1 sinφ Presión activa del suelo p a K γ z (14.31) Presión pasiva de suelos p p Excavaciones apuntaladas Suelos granulares Suelos cohesivos a K γ z Presión lateral mínima de suelos Presión activa mínima p (14.9) (14.30) p.65 Ka γ h K p Presión en reposo lateral mínima 1 sinφ 1+ sinφ 1+ sinφ 1 sinφ 1RFRSLDU Presión lateral en el muro de contención Muros de contención sin restricción lateral en su extremo superior K a (14.3) (14.33) (14.34) 0 (14.35) p 0.3 γ h p 0.4 γ h ( Su 100kPa) ( 100kPa > Su 5kPa) ( Su < 5kPa) p 0. γ h (14.36) (14.37) (14.38) 15

16 p z γ K a z F 1 γ K h (14.39) ac a (14.40) Muros de contención restringidos lateralmente en su extremo superior p z γ K0 z 1 F0 γ K0 h Tipos de muros de contención (14.41) (14.4) (a) Muro de gravedad (b) Muro en voladizo (c) Muro con (d) Muro con contrafuerte estribo Fig Tipos de muros de contención. (e) Muro de sótano Definición de cargas de diseño para muros de sótano Cargas a incluir Efectos sísmicos Presión lateral requerida Requisitos generales para muros de sótano Soporte superior e inferior Filtros Material de relleno Sobrecarga Espesor mínimo Detalles del refuerzo Requisitos por flexión Requisitos por cortante 16

17 p " 1.15 u u V (14.43) " n /4 pu " n b φ Mn Mu 4 " n pu " n b φ Mn Mu 8 " n /3 pu " n b φ Mn Mu 8 Fig Momentos de diseño y refuerzo en muros de sótano VIGAS DE CIMENTACIÓN General Descripción zapata columna viga de cimentación Fig Entramado de vigas de cimentación. 17

18 Función losa de piso columna viga de cimentación suel o porta nte viga de cimentación Fig Localización de vigas de cimentación. zapata Uso obligatorio Definición de la carga de diseño General Asentamientos diferenciales Sísmicas Requisitos dimensionales Refuerzo LOSAS SOBRE EL TERRENO General Sub-base Espesor mínimo de losas de piso Juntas Refuerzo 18