Cimentaciones poco profundas sobre cimientos naturales. Son las cimentaciones que se construyen en tajos abiertos de más de 5-6m de profundidad. Requisitos básicos para fundaciones.– su suficiente resistencia, durabilidad, resistencia a las heladas, resistencia a los efectos agresivos del agua subterránea.
La base debe tener dimensiones tales que la presión promedio en la base de la base no exceda la resistencia calculada del suelo de la base.
Además, los valores calculados de asentamiento absoluto y diferencias de asentamiento entre cimientos individuales de una estructura no deben exceder los valores límite establecidos por las normas de diseño.
Clasificación de cimentaciones poco profundas.
Las cimentaciones individuales tipo vidrio incluyen cimentaciones para columnas. Normalmente, estos cimientos se utilizan en edificios industriales. Con cargas no demasiado grandes sobre el suelo, con suelos suficientemente fuertes y poco compresibles, así como con un esquema de funcionamiento flexible para la parte aérea del edificio, cuando se articulan columnas y vigas transversales o columnas y cerchas.
Existen diferentes formas de fijar una cimentación a una columna:
a) incrustación (?pequeña, fría?)
1 - El hormigón de árido fino no es inferior a la clase de hormigón de la propia base (no inferior a B20).
2 - vaso
b) las columnas grandes se instalan sin vidrio
Junta rígida: la soldadura y la junta están selladas con hormigón.
Por lo general, las cimentaciones de columnas individuales se realizan en combinación con vigas rand (o vigas de cimentación).
Cimientos columnares sin vidrio para una pared de ladrillos.
Se utilizan para edificios de un piso con buenas condiciones de suelo para construcción individual privada.
Cimentaciones en tiras
Bajo paredes de ladrillo A veces se prescribe de forma continua.
Se utilizan para cargas uniformes desde las paredes hasta el suelo y cargas constantes a lo largo de la pared en condiciones del suelo. (l/b≥10).
Cambiar las dimensiones de la profundidad de colocación sólo es posible en secciones individuales de longitud limitada. Áreas de diferentes tamaños están separadas por vetas sedimentarias. Se utilizan bajo cargas importantes y suelos bastante débiles. No cambian significativamente la rigidez de la estructura; casi no funcionan para doblarse en la dirección longitudinal (con alta rigidez de las paredes).
Las cimentaciones de tiras paralelas para columnas se utilizan cuando la distancia entre columnas no supera los 6 my en presencia de suelos débiles. Estas cimentaciones reducen el asentamiento desigual de las columnas individuales.
Conferencia 7 – 10/05/12
Cimentaciones de tiras transversales para columnas.
Se utilizan para espacios pequeños entre columnas, cargas pesadas y suelos débiles. Las cintas transversales le permiten nivelar los asentamientos no solo de columnas individuales en una fila, sino también del edificio en su conjunto.
Cimientos sólidos
Los cimientos en forma de losa maciza, tanto debajo de columnas como debajo de paredes de ladrillo, se instalan debajo de toda la estructura o debajo de parte de ella en forma de losas de hormigón armado debajo de una rejilla de columnas y paredes. Tales cimientos se doblan en dos direcciones mutuamente perpendiculares, tienen un asentamiento pequeño y uniforme, no temen ser empapados por el agua superficial y también protegen las partes del sótano del edificio. Las dimensiones de dichos cimientos están determinadas por las dimensiones de la estructura en planta.
La resistencia y estabilidad de cualquier estructura está garantizada, en primer lugar, por la resistencia y estabilidad de la base, que debe colocarse sobre una base confiable.
la base es el espesor de los estratos naturales del suelo que soportan directamente la carga e interactúan con los cimientos de la estructura que se está construyendo.
Las bases se llaman natural, si los suelos bajo la base de los cimientos permanecen en su estado natural. En caso de resistencia insuficiente del suelo, se toman medidas para fortalecerlo artificialmente. Estos motivos se denominan artificial. base natural
Puede servir para una amplia variedad de suelos que componen la parte superior. corteza terrestre. Los suelos naturales utilizados como cimientos naturales se dividen en cuatro tipos: rocosos, gruesos, arenosos y arcillosos.
La capacidad de carga de un suelo arcilloso depende en gran medida del contenido de humedad. La capacidad de carga de las arcillas secas es bastante alta y estos suelos pueden servir como una buena base; al aumentar la humedad, su capacidad de carga disminuye significativamente.
Cuando se licuan con agua, las margas arenosas y las arenas de grano fino se vuelven tan móviles que fluyen como líquidos y se llaman arena movediza.
La construcción de edificios en estos suelos plantea importantes dificultades.
Los suelos arcillosos también incluyen loess, que cuando se sumergen en agua tienen propiedades de hundimiento o se hinchan. El uso de suelos como cimentación requiere el uso de medidas especiales.
Además de las especies enumeradas, también se encuentran suelos con impurezas orgánicas (suelo vegetal, turba, suelo pantanoso, etc.), permafrost y suelos a granel. Los suelos con impurezas orgánicas no se utilizan como bases naturales, ya que son de composición heterogénea, sueltos y tienen una compresibilidad significativa y desigual. Los suelos a granel también son heterogéneos en composición y compresibilidad, y su uso como cimentación requiere una justificación especial.
El fortalecimiento de los suelos mediante lodos superficiales y su compactación profunda se realiza mediante compactación con compactadores neumáticos con compactación de escombros, limo y grava. La compactación con placas apisonadoras que pesan 1 tonelada o más, que se dejan caer desde una altura de 3 a 4 m, alcanza una profundidad de 2 a 2,5 m. Para compactar áreas grandes, se utiliza el suelo con rodillos pesados.
Los suelos arenosos y polvorientos se compactan bien mediante vibración utilizando vibradores especiales y de superficie, y dicha compactación se lleva a cabo mucho más rápido que con la compactación.
La compactación profunda del suelo se realiza mediante montones de arena o tierra. Previamente, con un martillo vibratorio se introducen en el suelo tubos de acero de inventario con un diámetro de 400 a 500 mm con una zapata de acero puntiaguda en el extremo. Los tubos, sumergidos a la profundidad requerida, se llenan con arena y luego se retiran mediante vibración. Con esta extracción la arena se compacta y llena bien el pozo.
La consolidación de un suelo de base débil (su fortalecimiento) también se logra mediante cementación (cementación, silicatización y bituminización).
Base(Fig. 1.1) es la parte subterránea de la estructura, construida sobre limo natural y cimientos artificiales y que sirve para la transmisión y cargas desde las estructuras a los cimientos. La forma estructural de los cimientos permite una distribución más uniforme de la presión desde la estructura al suelo.
El límite superior entre los cimientos y la parte del suelo de la estructura, así como los límites entre el individuo y las repisas de los cimientos, se llama cortando la base. El plano inferior de la cimentación que descansa sobre el suelo se llama la base de la fundación. La distancia desde el nivel del suelo cerca del edificio terminado (marca de planificación) hasta la base se llama profundidad de la fundación.
Contenido del artículo
BASE, la parte subterránea o submarina de una estructura que transfiere a su base de suelo la carga estática creada por el peso de la estructura y cargas dinámicas adicionales creadas por el viento o el movimiento de agua, personas, equipos o vehículos. Una cimentación correctamente diseñada transfiere todas las cargas al suelo de tal manera que se elimina la posibilidad de asentamiento inaceptable y destrucción de la estructura. Como regla general, esto se logra distribuyendo la carga en un área suficientemente grande, excavando el suelo hasta el nivel de rocas fuertes que se encuentran a mayor profundidad, utilizando pilotes sumergidos en una capa de rocas débiles hasta una capa de rocas más fuertes, o reforzando la capa superficial del suelo blando. Si toda la superficie de apoyo está formada por suelo rocoso, el asentamiento será insignificante. Las dificultades surgen cuando es necesario erigir una estructura en un suelo con alta compresibilidad, especialmente si cambia.
Los principales tipos de cimentaciones: cimentación sobre cimentación natural, cimentación sólida flotante y cimientos de pilotes con pilotes hincados y colados in situ. Los cimientos submarinos especiales ocupan un lugar especial.
Cimentaciones sobre cimientos naturales.
Dichos cimientos pueden ser de losa maciza (hecha de losas de hormigón armado) o en forma de cruz (en forma de celosía de hormigón armado, acero y, a veces, madera). El área de contacto de la base con el suelo debe corresponder a la carga, teniendo en cuenta la resistencia esperada del suelo. La resistencia máxima (presión reactiva) del suelo se determina experimentalmente basándose en los principios de la mecánica del suelo, y los códigos de construcción estatales proporcionan tablas de resistencia permisible del suelo para ciertas zonas geográficas. La base debe estar diseñada adecuadamente para resistir la flexión y el corte. La base de la base debe estar por debajo de la profundidad máxima de congelación del suelo para evitar que el suelo se hinche durante la congelación. La profundidad segura depende de las variaciones anuales de temperatura, el tipo y rango de variaciones locales del suelo y el nivel normal del agua subterránea. Además, a veces se observan cambios estacionales en el volumen de suelos arcillosos, lo que no debe permitirse bajo una base colocada sobre una base natural.
En regiones muy frías, como el Ártico, el suelo se congela a gran profundidad y se descongela sólo en la capa superior de 0,5 a 3 m de espesor. En tales condiciones de "permafrost", se requiere un enfoque especial para construir una base natural. . Normalmente, se proporciona aislamiento térmico entre la parte superior de la estructura y la base de su cimentación, evitando el derretimiento del subsuelo y el posterior hinchamiento de la base del suelo cuando se vuelve a congelar.
Cimentación flotante.
En capas profundas de suelo con alta compresibilidad, se utilizan cimientos sólidos expandidos, que sostienen la estructura como si estuviera "flotando" en un suelo plástico. Si una base sólida se diseña adecuadamente, los asentamientos y las deformaciones se distribuyen uniformemente por toda la estructura y no se producen deformaciones graves en la parte superior de la estructura.
Se cree que una base sólida flotará si su masa, teniendo en cuenta todas las cargas, es aproximadamente igual a la masa del suelo (o agua) desplazado; entonces se logra el equilibrio y no se produce un gran asentamiento. Esta regla exige algo más de profundidad. Debido a la fricción interna, el suelo puede soportar una carga mayor que el peso del suelo excavado, aunque con un asentamiento ligeramente mayor. Para distribuir uniformemente la carga transmitida al suelo por las columnas, se utilizan losas y vigas de hormigón pretensado, arcos invertidos con losas de hormigón, rejillas de distribución de cimentación, arcos invertidos con nervaduras y conchas. La cimentación debe estar diseñada adecuadamente para resistir fuerzas de flexión, corte y normales.
Pilotes hincados.
En el caso de suelos débiles se utilizan cimentaciones en las que los principales elementos que transfieren cargas de la estructura a la cimentación son pilotes sumergidos en el terreno. Las cargas se transmiten no sólo por la presión de apoyo, sino también por la fricción lateral contra el suelo compactado. Debido a la descarga parcial del suelo circundante, los pilotes del pilote "arbusto" están menos cargados que los pilotes independientes.
Los pilotes hincados pueden ser de madera, hormigón o acero. Una pila de madera (durmiente) es un tronco procesado con un diámetro de aproximadamente 30 cm en la cabeza (trasero) y una longitud de 3 a 15 m. Los troncos deben ser rectos, lijados y con los nudos cortados en la raíz. Para aumentar la fricción en las superficies laterales, los pilotes de madera a veces están equipados con aros de madera o metal. Los pilotes de hormigón se pueden fabricar in situ o en fábrica. Los pilotes prefabricados deben estar bien reforzados con acero para que no teman cargas y descargas ni impactos al hincar. El pilote de acero se puede extender hasta ~90 m y suele ser una sección en I o un tubo de longitud adecuada. Una tubería de revestimiento de acero con un diámetro de 20 a 60 cm, después de sumergirla en el suelo, se llena con hormigón. Para reducir el impacto al entrar en el suelo se utilizan pilotes de tubos de acero de paredes gruesas con un núcleo de acero en el extremo, corrugado desde la superficie. Estos pilotes también se rellenan con hormigón. Para aumentar la resistencia, se inserta una sección en I de acero en los pilotes tubulares de ambos tipos. A veces, el hormigón interior se golpea hacia afuera desde el extremo inferior del pilote, creando así un soporte extendido. La inmersión de los pilotes en el suelo se realiza mediante hincado, prensado, vibración y atornillado. La hinca de pilotes se realiza mediante martinetes con martillos de vapor-aire y diésel. El proceso de sumergir una pila en suelo arenoso y de grava se facilita y acelera enormemente si el suelo debajo del extremo inferior de la pila es arrastrado por una fuerte corriente de agua, para lo cual se puede dejar un canal en el cuerpo de la pila o se puede instalar una tubería para suministrar agua (bajo una presión de aproximadamente 0,7 MPa).
Pilotes hincados.
Los pilotes hincados se utilizan en los casos en que es necesario instalar estructuras pesadas en un suelo fuerte, cubiertas con una capa gruesa de suelo débil en la parte superior. Para ello, en suelo blando, se perfora un pozo hasta una capa de roca, mandril o grava y se rellena con hormigón. Para suelos moderadamente fuertes, los llamados. Método Chicago: el suelo se retira secuencialmente en tramos de 1,5 m, fijándolos cada uno con un encofrado lateral de madera antes de comenzar a excavar el suelo del siguiente tramo. El pilote así construido transfiere las cargas del soporte de la columna directamente al suelo sólido. En ocasiones, para aumentar la zona de apoyo, se amplía por el extremo inferior si no llega a la roca. Parte de la carga se transfiere al suelo debido a la fricción en las superficies laterales del pilote.
Los pilotes hincados por cajones se fabrican clavando en el suelo un cilindro ancho de carcasa de acero, abierto en los extremos, con un impulsor de vapor. Luego se retira la tierra del cilindro sumergido y el espacio desocupado se rellena con hormigón, habiendo previamente insertado en su interior un perfil de acero de viga I para refuerzo, si es necesario. La carcasa de acero que se deja en el pozo aumenta la resistencia del pilote en proporción a su área de sección transversal y módulo de elasticidad.
Cimentaciones submarinas.
Para proporcionar un espacio seguro para los trabajadores y el equipo, la construcción de una base submarina comienza con la construcción de una pilota o un sumidero. Estos dispositivos impermeables le permiten eliminar el agua y la tierra del lugar de la futura base, limpiarla y realizar trabajo necesario con la precisión posible en terreno seco.
Cercado de tablestacas.
El Tablestaca es más adecuado para aguas poco profundas, aunque se sabe que se utiliza en profundidades de agua de hasta 30 m. El Tablestaca se construye a partir de Tablestacas de madera o acero instaladas en una o dos filas y sujetas entre sí para soportar la presión. del agua. El espacio entre los pilotes de la valla de dos hileras se rellena con tierra compactada, lo que evita que el agua fluya. Tablestacas celulares están hechas de celdas de acero cilíndricas cerradas llenas de tierra. El agua se bombea desde la zona de la valla mediante bombas.
Cajón hidráulico.
Un pozo de fregadero abierto es una carcasa cilíndrica hueca, cuyo tamaño corresponde a la base y está bien reforzado por dentro con paredes transversales. Por lo general, se utiliza un pozo de caída para construir soportes profundos que transfieren presión a capas de suelo más bajas y duraderas. El pozo se baja hasta el fondo, su cumbrera interior se llena con piedra y en la parte superior se coloca una pila hincada por cajón. La tierra se extrae a través de pozos: la tierra limosa mediante bombeo y la tierra densa mediante un levantamiento con un cucharón de dragado con pinzas de múltiples mandíbulas. Un pozo sumergido y pilotes de cajones, formados llenando pozos de excavación con hormigón, sirven como base para el estribo, el soporte de la parte superior de la estructura. El hormigón para la colocación sobre esta base se suministra a través de una tubería metálica de hormigón con un diámetro de al menos 20 cm, que se baja desde arriba bajo el agua. El tubo de hormigón también se puede bajar directamente al fondo.
Caisones.
Los cajones se utilizan a grandes profundidades, lo que no permite la instalación de tablestacas. Un cajón es un caparazón grande, poco profundo, parecido al vidrio, que se hunde boca abajo hasta el fondo de una masa de agua. Las dimensiones del cajón están determinadas por el área de la base del suelo correspondiente a la carga de diseño total para una determinada resistencia permitida del suelo del fondo. Si el cajón se encuentra sobre un terreno rocoso, entonces su diámetro solo puede exceder ligeramente el soporte del pilar u otro elemento de soporte de la estructura adjunta. La altura del cajón está determinada por el nivel de la base del suelo y el nivel de las aguas altas. Por lo tanto, primero es necesario obtener datos sobre el nivel y la naturaleza de la base del suelo. Los cajones generalmente se fabrican en tierra, se remolcan sobre pontones hasta el lugar de los cimientos y se fijan a pilotes de arbustos. Si la profundidad del agua no es suficiente para remolcar a flote, entonces el cajón se puede ensamblar sobre pilotes en el lugar correcto y luego bajar hasta el fondo.
La cámara de trabajo se extiende sobre toda el área del cajón; su altura es de unos 2 m. Se suministra continuamente aire comprimido a presión a la cámara, eliminando la posibilidad de fugas de agua. Los trabajadores entran y salen de la cámara presurizada a través de una esclusa de aire, que también sirve para descargar tierra y suministros excavados. materiales de construcción. El suelo se desarrolla en la parte inferior y debajo de los bordes afilados de las paredes, de modo que el cajón desciende gradualmente por su propio peso y el peso del pilar ajustable. Al mismo tiempo, la presión en él aumenta de acuerdo con la presión externa. Cuando el cajón llega al suelo sólido sobre el que debe descansar, su cámara de trabajo se llena con hormigón compactado, que sirve de base para un estribo u otro soporte.
El cajón suele ser voluminoso e incómodo de operar. Las olas dificultan su instalación y la presión lateral desigual del suelo dificulta guiarlo con precisión excavando debajo de los bordes afilados de las paredes. Dependiendo de la resistencia del suelo y las condiciones de funcionamiento, la velocidad de inmersión del cajón en el suelo puede oscilar entre 3 cm y 2,5 m por día. La profundidad máxima conocida de inmersión del cajón bajo el agua es de unos 40 m. La presión excesiva a esta profundidad (3,5 veces mayor que la presión atmosférica) está en el límite aceptable para el cuerpo humano.
Las personas que trabajan durante mucho tiempo en condiciones de alta presión atmosférica son susceptibles a dos enfermedades específicas. Uno, menos grave, tiene síntomas similares a los de un resfriado (“congestión nasal”) y puede convertirse en neumonía. Otra, la enfermedad por descompresión (embolia aérea), a menudo causa parálisis con un desenlace fatal.
Soportes de puente.
Los soportes del puente (pilas y pilas) son elementos intermedios entre la cimentación y la parte superior de la estructura del puente. Sin embargo, a menudo se les llama la base. Los estribos, que generalmente son muros de concreto que sostienen los extremos del puente y retienen el relleno de tierra de su entrada, son integrales con sus cimientos y transfieren la carga directamente a los cimientos del suelo. Los toros, a modo de columnas, se apoyan sobre sus cimientos y sostienen la parte superior de la estructura. Los cimientos de los soportes de los puentes pueden ser sobre cimientos naturales, pilotes o cajones y están diseñados para que puedan soportar todas las cargas y proteger la estructura del lavado del suelo por el flujo de agua.
Cimentaciones temporales.
Cuando es necesario reemplazar o reforzar la cimentación, se reemplaza o refuerza por partes, utilizando soportes laterales y vigas de soporte si es necesario.
Reemplazo por piezas.
En áreas cortas, a ciertos intervalos, el suelo debajo de los cimientos antiguos se retira a una nueva base de suelo. En los fosos resultantes se construyen secciones del nuevo muro con los correspondientes cimientos y se conectan con la parte inferior del antiguo muro. Cuando se completan estas secciones del muro, sostienen el muro antiguo hasta que se excavan las secciones intermedias restantes y se construyen nuevas extensiones del muro.
En otra opción para fortalecer los cimientos, se introducen tubos metálicos en el suelo debajo de la pared a ciertos intervalos. Cuando las tuberías llegan a la nueva base de tierra, se limpian de tierra desde el interior y se rellenan con hormigón hasta el borde inferior de la pared. Estos pilotes de tubería sostienen el muro durante la construcción de ampliaciones de muros y nuevos cimientos.
Antes de comenzar la construcción de una casa, se realizan los cálculos necesarios de los cimientos.
Para determinar la resistencia de la propia base, también es necesario realizar los cálculos adecuados.
Dado que existen varios tipos de base de soporte y bastantes tipos suelos naturales, entonces los ejemplos dados de cálculo de cimientos y cimientos no cubren toda esta diversidad. Si no se requieren trabajos de ingeniería adicionales para fortalecer el suelo, los cimientos se construyen sobre una base natural, para lo cual existen métodos de cálculo especiales.
Características de las cimentaciones naturales.
La naturaleza proporciona al constructor el suelo como base natural. El tipo de cimentación está determinado además por una serie de factores: estructura geológica, profundidad del agua subterránea, profundidad de congelación, etc. La naturaleza de las cargas también influye, pero en el caso de los hogares privados hay que centrarse en una carga constante. Al mismo tiempo, no podemos excluir la posibilidad de que un vecino comience a construir una casa cercana sobre pilotes hincados.
La base natural es un suelo rocoso (granito, caliza, cuarcita, etc.), impermeable y fiable para cualquier estructura. Características similares son inherentes a los suelos de bloques grandes, que se formaron a partir de rocas como resultado de su destrucción. Se trata de piedra triturada, grava, guijarros. Están formados por partículas cuyo tamaño supera los 2 mm. Su fiabilidad depende en gran medida de la presencia de agua subterránea.
Las rocas trituradas en tamaños de 0,1 a 2 mm se llaman arena. Las arenas con un tamaño de partícula de 0,25-2 mm prácticamente no se hinchan en condiciones invernales y, por lo tanto, no afectan la base. La confiabilidad de una base de arena depende del espesor de la capa de arena y del efecto del agua subterránea sobre ella.
Los suelos arcillosos contienen partículas cuyo tamaño no supera los 0,005 mm. Según el contenido de arcilla se dividen en:
- franco arenoso: contenido de arcilla del 3 al 10%;
- franco: contenido de arcilla del 10 al 30%;
- Loess: son franco limosos.
La base más duradera es la arcilla. Sobre tal base, si la arcilla está seca, se pueden construir edificios masivos.
La capacidad de carga de todos los tipos de cimentaciones naturales enumerados depende en gran medida de la humedad. Y los suelos húmedos de loess también se compactan bajo la influencia del peso de la estructura, hundiéndose mucho.
Como cimientos no son adecuados algunos suelos franco arenosos, que pueden convertirse en arenas movedizas debido al exceso de humedad, así como el suelo vegetal, la turba, el limo y los suelos a granel. En tales suelos, la construcción es posible después de una compactación preliminar.
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Cálculo de la base en función de la capacidad portante.
Imagen 1. Mecánica de suelos.
Por debe entenderse la carga máxima que puede soportar sin destrucción. La Imagen 1 muestra los casos que requieren implementación, lo que asegurará su propia estabilidad y evitará que la cimentación se desplace a lo largo de su base.
Es necesario enumerar los casos que se muestran en la Imagen 1 y decidir aquellos que puedan relacionarse con la construcción de vivienda privada.
a) Una fuerza horizontal actúa sobre la estructura. Este cálculo puede ser necesario si en el patio se instala una torre para un generador que funciona bajo la influencia del viento.
b) Supone la presencia de un muro de contención, que puede estar sujeto a fuerzas horizontales derivadas del propio peso del suelo.
c), d) La estructura está ubicada en una pendiente o cerca de su borde.
e) La base es suelo arcilloso, cuyo contenido de humedad es S τ = 0,5. Sobre ello actúa el peso de la casa. Éstas son situaciones realmente posibles.
f) Calcule la capacidad de carga para determinar qué tan estable es el talud natural.
Además de los casos indicados, dicho cálculo de los cimientos es necesario si la casa está construida sobre suelos rocosos o si las fuerzas de flotación pueden actuar sobre los cimientos.
Para que la capacidad portante del suelo garantice la fiabilidad de la estructura construida sobre él, es necesario comprobar la condición (1):
F≤γ c ·F u /γ n , (1)
donde F es la carga de toda la estructura, teniendo en cuenta todos los sistemas de soporte vital, transmitida a la base por la base, kg;
F u - fuerza contraria de la base, kg;
γ c es un coeficiente que depende del tipo de suelo (ver tabla No. 1);
γ n - coeficiente de confiabilidad, establecido según la clase de estructura: γ n =1,2; 1,15; 1.1 para edificaciones de las clases I, II y III, respectivamente.
Cuadro No. 1.
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Ejemplos de cálculo de bases y cimentaciones.
Como ejemplo, podemos considerar el caso de la letra “d”: una cimentación cuya base descansa sobre suelo arcilloso.
Para determinar su resistencia, F u , es necesario conocer la capacidad portante del suelo (ver Tabla 1) y el área S f sobre la que descansa la cimentación de la estructura. Por ejemplo, su ancho d = 0,5 m y el edificio tiene unas dimensiones de 8x10 m.
En el interior del edificio, en el medio, hay un muro de carga. Normalmente, una base sobre una base natural tiene una sección transversal rectangular. La determinación del área de la suela debe realizarse en función de la posición, de modo que sus dimensiones de la sección transversal deben ser las mismas. Entonces el valor del área será igual a:
S f = (10×2+7×3)×0,5=20,5 m² =20,5·10 4 cm².
La capacidad de carga de la arcilla seca de densidad media es de 2,5 kg/cm² (ver Tabla 1). Según el tamaño y la capacidad de carga del suelo, se puede determinar la fuerza opuesta.
F u =[σ]·S f = 2,5·20,5·10 4 =51,25·10 4 kg=512,5 t.
El peso de una edificación clase III (γ n =1,1) para arcilla (γ c =0,9) se debe determinar:
F≤γ c ·F u /γ n = 0,9·512,5 /1,1=419 t.
En consecuencia, si el peso de la estructura F es inferior a 419 toneladas, entonces la capacidad de carga del suelo garantizará su confiabilidad. De lo contrario, tendrá que recurrir a aumentar el área de la base de la base, haciendo que su sección transversal no sea rectangular, sino trapezoidal. Solo aumentar el área de la suela reduce significativamente la cantidad de material.
El cálculo de la capacidad portante para estructuras ubicadas en una pendiente o cerca de ella es mucho más complicado.
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Cálculo de una cimentación sobre cimentación natural en base a deformaciones.
Los edificios se deforman durante el funcionamiento y la razón puede ser la deformación vertical de los cimientos sobre los que están construidos. Estas deformaciones se dividen en asentamientos y hundimientos.
Un cambio radical en la estructura existente del suelo se llama hundimiento. El motivo del hundimiento puede ser la compactación del suelo durante el remojo. La tierra suelta puede compactarse cuando se sacude. A veces comienza a sobresalir de debajo de la base de los cimientos. No se pueden permitir tales cambios en los cimientos debido a deformaciones. La probabilidad de que ocurran debe establecerse antes de que comience la construcción.
Si se produce la compactación de suelos fuertes debido al peso de la estructura, lo que resulta en , dicha deformación de los cimientos se denomina asentamiento. Como regla general, en los elementos de construcción no aparecen grietas debido al asentamiento. Si el suelo se asienta de manera diferente debajo de cada parte del edificio, esto puede causar grietas en elementos individuales de su estructura.
El motivo del asentamiento desigual del terreno puede ser:
- la diferencia de densidades y, como consecuencia, su compresibilidad desigual;
- diferente expansión de sus capas como resultado de la congelación y descongelación estacional;
- espesor desigual de capas;
- diferentes cargas sobre el suelo desde el lado de la estructura, lo que la lleva a diferentes estados tensionales.
Existen dos motivos por los que es necesario realizar cálculos de cimentación basados en deformaciones. Una de ellas son las estructuras ubicadas cerca del sitio de construcción, que difieren significativamente en peso.
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BASE, la parte subterránea o submarina de una estructura que transfiere a su base de suelo la carga estática creada por el peso de la estructura y cargas dinámicas adicionales creadas por el viento o el movimiento de agua, personas, equipos o vehículos. Una cimentación correctamente diseñada transfiere todas las cargas al suelo de tal manera que se elimina la posibilidad de asentamiento inaceptable y destrucción de la estructura. Como regla general, esto se logra distribuyendo la carga en un área suficientemente grande, excavando el suelo hasta el nivel de rocas fuertes que se encuentran a mayor profundidad, utilizando pilotes sumergidos en una capa de rocas débiles hasta una capa de rocas más fuertes, o reforzando la capa superficial del suelo blando. Si toda la superficie de apoyo está formada por suelo rocoso, el asentamiento será insignificante. Las dificultades surgen cuando es necesario erigir una estructura en un suelo con alta compresibilidad, especialmente si cambia.
Los principales tipos de cimentaciones son: cimentación sobre cimentación natural, cimentación sólida flotante y cimentación de pilotes con pilotes hincados y colados in situ. Los cimientos submarinos especiales ocupan un lugar especial.
Cimentaciones sobre cimientos naturales.
Dichos cimientos pueden ser de losa maciza (hecha de losas de hormigón armado) o en forma de cruz (en forma de celosía de hormigón armado, acero y, a veces, madera). El área de contacto de la base con el suelo debe corresponder a la carga, teniendo en cuenta la resistencia esperada del suelo. La resistencia máxima (presión reactiva) del suelo se determina experimentalmente basándose en los principios de la mecánica del suelo, y los códigos de construcción estatales proporcionan tablas de resistencia permisible del suelo para ciertas zonas geográficas. La base debe estar diseñada adecuadamente para resistir la flexión y el corte. La base de la base debe estar por debajo de la profundidad máxima de congelación del suelo para evitar que el suelo se hinche durante la congelación. La profundidad segura depende de las variaciones anuales de temperatura, el tipo y rango de variaciones locales del suelo y el nivel normal del agua subterránea. Además, a veces se observan cambios estacionales en el volumen de suelos arcillosos, lo que no debe permitirse bajo una base colocada sobre una base natural.
En regiones muy frías, como el Ártico, el suelo se congela a gran profundidad y se descongela sólo en la capa superior de 0,5 a 3 m de espesor. En tales condiciones de "permafrost", se requiere un enfoque especial para construir una base natural. . Normalmente, se proporciona aislamiento térmico entre la parte superior de la estructura y la base de su cimentación, evitando el derretimiento del subsuelo y el posterior hinchamiento de la base del suelo cuando se vuelve a congelar.
Cimentación flotante.
En capas profundas de suelo con alta compresibilidad, se utilizan cimientos sólidos expandidos, que sostienen la estructura como si estuviera "flotando" en un suelo plástico. Si una base sólida se diseña adecuadamente, los asentamientos y las deformaciones se distribuyen uniformemente por toda la estructura y no se producen deformaciones graves en la parte superior de la estructura.
Se cree que una base sólida flotará si su masa, teniendo en cuenta todas las cargas, es aproximadamente igual a la masa del suelo (o agua) desplazado; entonces se logra el equilibrio y no se produce un gran asentamiento. Esta regla exige algo más de profundidad. Debido a la fricción interna, el suelo puede soportar una carga mayor que el peso del suelo excavado, aunque con un asentamiento ligeramente mayor. Para distribuir uniformemente la carga transmitida al suelo por las columnas, se utilizan losas y vigas de hormigón pretensado, arcos invertidos con losas de hormigón, rejillas de distribución de cimentación, arcos invertidos con nervaduras y conchas. La cimentación debe estar diseñada adecuadamente para resistir fuerzas de flexión, corte y normales.
Pilotes hincados.
En el caso de suelos débiles se utilizan cimentaciones en las que los principales elementos que transfieren cargas de la estructura a la cimentación son pilotes sumergidos en el terreno. Las cargas se transmiten no sólo por la presión de apoyo, sino también por la fricción lateral contra el suelo compactado. Debido a la descarga parcial del suelo circundante, los pilotes del pilote "arbusto" están menos cargados que los pilotes independientes.
Los pilotes hincados pueden ser de madera, hormigón o acero. Una pila de madera (durmiente) es un tronco procesado con un diámetro de aproximadamente 30 cm en la cabeza (trasero) y una longitud de 3 a 15 m. Los troncos deben ser rectos, lijados y con los nudos cortados en la raíz. Para aumentar la fricción en las superficies laterales, los pilotes de madera a veces están equipados con aros de madera o metal. Los pilotes de hormigón se pueden fabricar in situ o en fábrica. Los pilotes prefabricados deben estar bien reforzados con acero para que no teman cargas y descargas ni impactos al hincar. El pilote de acero se puede extender hasta ~90 m y suele ser una sección en I o un tubo de longitud adecuada. Una tubería de revestimiento de acero con un diámetro de 20 a 60 cm, después de sumergirla en el suelo, se llena con hormigón. Para reducir el impacto al entrar en el suelo se utilizan pilotes de tubos de acero de paredes gruesas con un núcleo de acero en el extremo, corrugado desde la superficie. Estos pilotes también se rellenan con hormigón. Para aumentar la resistencia, se inserta una sección en I de acero en los pilotes tubulares de ambos tipos. A veces, el hormigón interior se golpea hacia afuera desde el extremo inferior del pilote, creando así un soporte extendido. La inmersión de los pilotes en el suelo se realiza mediante hincado, prensado, vibración y atornillado. La hinca de pilotes se realiza mediante martinetes con martillos de vapor-aire y diésel. El proceso de sumergir una pila en suelo arenoso y de grava se facilita y acelera enormemente si el suelo debajo del extremo inferior de la pila es arrastrado por una fuerte corriente de agua, para lo cual se puede dejar un canal en el cuerpo de la pila o se puede instalar una tubería para suministrar agua (bajo una presión de aproximadamente 0,7 MPa).
Pilotes hincados.
Los pilotes hincados se utilizan en los casos en que es necesario instalar estructuras pesadas en un suelo fuerte, cubiertas con una capa gruesa de suelo débil en la parte superior. Para ello, en suelo blando, se perfora un pozo hasta una capa de roca, mandril o grava y se rellena con hormigón. Para suelos moderadamente fuertes, los llamados. Método Chicago: el suelo se retira secuencialmente en tramos de 1,5 m, fijándolos cada uno con un encofrado lateral de madera antes de comenzar a excavar el suelo del siguiente tramo. El pilote así construido transfiere las cargas del soporte de la columna directamente al suelo sólido. En ocasiones, para aumentar la zona de apoyo, se amplía por el extremo inferior si no llega a la roca. Parte de la carga se transfiere al suelo debido a la fricción en las superficies laterales del pilote.
Los pilotes hincados por cajones se fabrican clavando en el suelo un cilindro ancho de carcasa de acero, abierto en los extremos, con un impulsor de vapor. Luego se retira la tierra del cilindro sumergido y el espacio desocupado se rellena con hormigón, habiendo previamente insertado en su interior un perfil de acero de viga I para refuerzo, si es necesario. La carcasa de acero que se deja en el pozo aumenta la resistencia del pilote en proporción a su área de sección transversal y módulo de elasticidad.
Cimentaciones submarinas.
Para proporcionar un espacio seguro para los trabajadores y el equipo, la construcción de una base submarina comienza con la construcción de una pilota o un sumidero. Estos dispositivos impermeables permiten eliminar el agua y la tierra del lugar de la futura cimentación, limpiarla y realizar los trabajos necesarios con la mayor precisión posible en suelo seco.
Cercado de tablestacas.
El Tablestaca es más adecuado para aguas poco profundas, aunque se sabe que se utiliza en profundidades de agua de hasta 30 m. El Tablestaca se construye a partir de Tablestacas de madera o acero instaladas en una o dos filas y sujetas entre sí para soportar la presión. del agua. El espacio entre los pilotes de la valla de dos hileras se rellena con tierra compactada, lo que evita que el agua fluya. Tablestacas celulares están hechas de celdas de acero cilíndricas cerradas llenas de tierra. El agua se bombea desde la zona de la valla mediante bombas.
Cajón hidráulico.
Un pozo de fregadero abierto es una carcasa cilíndrica hueca, cuyo tamaño corresponde a la base y está bien reforzado por dentro con paredes transversales. Por lo general, se utiliza un pozo de caída para construir soportes profundos que transfieren presión a capas de suelo más bajas y duraderas. El pozo se baja hasta el fondo, su cumbrera interior se llena con piedra y en la parte superior se coloca una pila hincada por cajón. La tierra se extrae a través de pozos: la tierra limosa mediante bombeo y la tierra densa mediante un levantamiento con un cucharón de dragado con pinzas de múltiples mandíbulas. Un pozo sumergido y pilotes de cajones, formados llenando pozos de excavación con hormigón, sirven como base para el estribo, el soporte de la parte superior de la estructura. El hormigón para la colocación sobre esta base se suministra a través de una tubería metálica de hormigón con un diámetro de al menos 20 cm, que se baja desde arriba bajo el agua. El tubo de hormigón también se puede bajar directamente al fondo.
Caisones.
Los cajones se utilizan a grandes profundidades, lo que no permite la instalación de tablestacas. Un cajón es un caparazón grande, poco profundo, parecido al vidrio, que se hunde boca abajo hasta el fondo de una masa de agua. Las dimensiones del cajón están determinadas por el área de la base del suelo correspondiente a la carga de diseño total para una determinada resistencia permitida del suelo del fondo. Si el cajón se encuentra sobre un terreno rocoso, entonces su diámetro solo puede exceder ligeramente el soporte del pilar u otro elemento de soporte de la estructura adjunta. La altura del cajón está determinada por el nivel de la base del suelo y el nivel de las aguas altas. Por lo tanto, primero es necesario obtener datos sobre el nivel y la naturaleza de la base del suelo. Los cajones generalmente se fabrican en tierra, se remolcan sobre pontones hasta el lugar de los cimientos y se fijan a pilotes de arbustos. Si la profundidad del agua no es suficiente para remolcar a flote, entonces el cajón se puede ensamblar sobre pilotes en el lugar correcto y luego bajar hasta el fondo.
La cámara de trabajo se extiende sobre toda el área del cajón; su altura es de unos 2 m. Se suministra continuamente aire comprimido a presión a la cámara, eliminando la posibilidad de fugas de agua. Los trabajadores entran y salen de la cámara presurizada a través de una esclusa de aire, que también sirve para descargar tierra excavada y suministrar materiales de construcción. El suelo se desarrolla en la parte inferior y debajo de los bordes afilados de las paredes, de modo que el cajón desciende gradualmente por su propio peso y el peso del pilar ajustable. Al mismo tiempo, la presión en él aumenta de acuerdo con la presión externa. Cuando el cajón llega al suelo sólido sobre el que debe descansar, su cámara de trabajo se llena con hormigón compactado, que sirve de base para un estribo u otro soporte.
El cajón suele ser voluminoso e incómodo de operar. Las olas dificultan su instalación y la presión lateral desigual del suelo dificulta guiarlo con precisión excavando debajo de los bordes afilados de las paredes. Dependiendo de la resistencia del suelo y las condiciones de funcionamiento, la velocidad de inmersión del cajón en el suelo puede oscilar entre 3 cm y 2,5 m por día. La profundidad máxima conocida de inmersión del cajón bajo el agua es de unos 40 m. La presión excesiva a esta profundidad (3,5 veces mayor que la presión atmosférica) está en el límite aceptable para el cuerpo humano.
Las personas que trabajan durante mucho tiempo en condiciones de alta presión atmosférica son susceptibles a dos enfermedades específicas. Uno, menos grave, tiene síntomas similares a los de un resfriado (“congestión nasal”) y puede convertirse en neumonía. Otra, la enfermedad por descompresión (embolia aérea), a menudo causa parálisis con un desenlace fatal.
Soportes de puente.
Los soportes del puente (pilas y pilas) son elementos intermedios entre la cimentación y la parte superior de la estructura del puente. Sin embargo, a menudo se les llama la base. Los estribos, que generalmente son muros de concreto que sostienen los extremos del puente y retienen el relleno de tierra de su entrada, son integrales con sus cimientos y transfieren la carga directamente a los cimientos del suelo. Los toros, a modo de columnas, se apoyan sobre sus cimientos y sostienen la parte superior de la estructura. Los cimientos de los soportes de los puentes pueden ser sobre cimientos naturales, pilotes o cajones y están diseñados para que puedan soportar todas las cargas y proteger la estructura del lavado del suelo por el flujo de agua.
Cimentaciones temporales.
Cuando es necesario reemplazar o reforzar la cimentación, se reemplaza o refuerza por partes, utilizando soportes laterales y vigas de soporte si es necesario.
Reemplazo por piezas.
En áreas cortas, a ciertos intervalos, el suelo debajo de los cimientos antiguos se retira a una nueva base de suelo. En los fosos resultantes se construyen secciones del nuevo muro con los correspondientes cimientos y se conectan con la parte inferior del antiguo muro. Cuando se completan estas secciones del muro, sostienen el muro antiguo hasta que se excavan las secciones intermedias restantes y se construyen nuevas extensiones del muro.
En otra opción para fortalecer los cimientos, se introducen tubos metálicos en el suelo debajo de la pared a ciertos intervalos. Cuando las tuberías llegan a la nueva base de tierra, se limpian de tierra desde el interior y se rellenan con hormigón hasta el borde inferior de la pared. Estos pilotes de tubería sostienen el muro durante la construcción de ampliaciones de muros y nuevos cimientos.
