Disposiciones básicas y procedimiento para el cálculo de cimentaciones poco profundas

Cualquier proyecto de construcción debe comenzar con unos cimientos sólidos, y como los cimientos poco profundos son fáciles de construir y tienen un precio razonable, se utilizan con frecuencia para una gran variedad de estructuras. Los cimientos superficiales proporcionan el apoyo necesario transfiriendo el peso del edificio al suelo a poca profundidad. Suelen utilizarse cuando la carga impuesta por la estructura es relativamente baja. Para garantizar la estabilidad y durabilidad, es crucial comprender las directrices y métodos fundamentales para determinar estos cimientos.

Una cimentación poco profunda requiere una planificación cuidadosa que tenga en cuenta varios factores. Para ello hay que tener en cuenta el clima local, el peso del edificio y el tipo de suelo. La profundidad y el tipo de cimentación necesarios vienen determinados en gran parte por cada uno de estos factores. Por ejemplo, puede ser necesaria una excavación más profunda o un soporte adicional para mantener la integridad estructural en determinados tipos de suelo.

Determinar las dimensiones y los materiales necesarios para una cimentación superficial es un proceso metódico. Esto incluye determinar la carga que debe soportar la cimentación, elegir las técnicas de construcción adecuadas e investigar el suelo para determinar su capacidad portante. Para evitar posibles problemas como asentamientos, grietas o incluso fallos estructurales, es esencial asegurarse de que estos cálculos son precisos.

En este artículo le explicaremos los procedimientos básicos y los factores que hay que tener en cuenta al calcular los cimientos poco profundos. Si sigue estas recomendaciones, se asegurará de que los cimientos de su proyecto de construcción sean fuertes y estables, lo que allanará el camino para una construcción eficaz. Examinemos los detalles y asegurémonos de que los cimientos de su proyecto son tan sólidos como la visión del mismo.

Disposiciones básicas

Seguir un orden específico es crucial para cualquier cálculo:

• Recopilación de las cargas del suelo y los cimientos.
• Selección del esquema de diseño más adecuado.
• Determinación de la carga del edificio N.
• Realización de cálculos de resistencia y estabilidad (primer estado límite).
• Mediciones del segundo estado límite (deformación).

El proceso de medición de una cimentación superficial implica esencialmente la identificación de tres elementos clave:

1. Determinación de la resistencia perimetral del armazón de base.
2. Presión del suelo durante la helada.
3. Valores de la presión del edificio sobre el suelo.

En este caso, se presta mucha atención a la futura capacidad de carga del edificio, que incluye todas las formas de cargas transmitidas:

En este caso, la fuerza de deformación por levantamiento, disponible en libros de referencia específicos para un tipo de suelo determinado, es un factor importante en los cálculos de una cimentación poco profunda.

A la hora de construir, se presta gran atención a la forma geométrica de la base y a la calidad de la armadura utilizada (diámetro, longitud, composición del material), con el fin de garantizar que el armazón alrededor del perímetro de los cimientos sea resistente y se construya de acuerdo con las mediciones.

Un ingeniero describe la carga de los edificios (N) en la documentación de diseño para calcular una cimentación superficial. Los indicadores de empuje del suelo en la zona de construcción influyen en los cálculos, entre otros factores.

Escarchamiento: La capacidad del suelo para retener agua durante el deshielo y el fraguado, unida a la dilatación del terreno, influyen en la disposición de los cimientos.

El grado de abombamiento indica cuál es la mejor opción de cimentación y está directamente relacionado con la probabilidad de deformación del edificio. Los suelos ondulados son comunes en lugares con inviernos rigurosos, mucha humedad, una topografía única y aguas subterráneas cercanas.

Las tablas de ingeniería enumeran las cinco categorías principales de suelos con tendencia a la deformación. Para crear una cimentación poco profunda, hay que calcular el tamaño de su parte inferior (Af). Indicadores como la anchura y la altura de la cimentación pueden encontrarse en tablas para un tipo de suelo específico. El grosor del lecho de cimentación se indica siempre mediante la línea adicional.

La estabilidad y longevidad de cualquier edificio dependen del cálculo de los cimientos poco profundos. Para elegir el tamaño y la profundidad de cimentación adecuados, hay que evaluar el tipo de suelo, la capacidad de carga y los factores ambientales. Siguiendo un planteamiento claro y metódico, puede estar seguro de que sus cimientos superficiales constituirán una base sólida y fiable para su proyecto de construcción, evitando problemas imprevistos y costosas reparaciones.

Grupos de estados límite

Los verdaderos marcadores de la deformación y la capacidad portante del suelo y los cimientos son sus estados límite. Se da mucha importancia a la deformación. El análisis de la masa del suelo es crucial para las diferentes tecnologías de ciclo cero.

El conjunto inicial de estados límite de la cimentación es el siguiente:

• Pérdida de estabilidad del suelo, su deslizamiento y movimiento.
• Deformación durante el deslizamiento progresivo del suelo.
• Destrucción del suelo.
• Presencia de oscilaciones resonantes.
• Posibilidad de destrucción completa de los cimientos, incluidos los de hormigón armado.

Cuando hay fuertes cargas horizontales y procesos sísmicos implicados, como cuando un edificio está situado en una pendiente o en una zona con suelo excesivamente arcilloso o rocoso, debe calcularse este grupo.

El segundo conjunto de estados límite para las deformaciones tiene en cuenta los cálculos de desplazamiento, la durabilidad típica, el funcionamiento prolongado, el blindaje contra la exposición a las precipitaciones, la aparición de talones y los desplazamientos de las estructuras junto con sus conexiones de fijación. En este caso, el método de predicción comprueba en primer lugar la base de deformación cuenta, seguido de más cálculos.

Establecer la profundidad de la cimentación, ajustarla a las dimensiones de la futura suela y considerar los efectos de las cargas mecánicas y las precipitaciones sobre componentes específicos son los primeros pasos del proceso de diseño. La retracción futura de los cimientos recibe tanta atención como la propia estructura. Se tienen en cuenta los valores límite de las normas.

La inclinación de los edificios es un tema de gran interés y está causada por:

1. cargas excéntricas incorrectas;
2. aparición de capas de suelo incómodas
3. influencia de cargas adicionales de edificios cercanos y sus cimientos.

Las fórmulas que determinan los rodillos tienen en cuenta las propiedades técnicas de las capas del suelo, la dirección del momento, la forma de la cimentación y los coeficientes de las deformaciones transversales.

Cálculo para el primer grupo – por capacidad portante

Las mediciones requeridas se realizan de acuerdo con SNiP 2.02.01-8 (p/p. 2.57-2.66), y el apéndice contiene ejemplos de cálculos. En este caso se presta mucha atención a la capa de apoyo. Entre los factores que se tienen en cuenta están

• El método de realización de los trabajos de excavación de fosos y cimentación de edificios;
• condiciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas de la obra;
• características climáticas de la región (congelación, descongelación, secado y humedecimiento de la materia).

El cálculo de la cimentación comienza con la elección de la capa portante del suelo de cimentación. De la profundidad de la base de cimentación en el caso de una cimentación poco profunda. Si es inferior, el coste de los trabajos relativos a la disposición de los cimientos será significativamente menor. Esta exclusión sólo afecta a las rocas. Retire siempre la capa superior cuando trabaje.

La condición N1≤ se cumple mediante el cálculo de la cimentación basado en la capacidad portante, que es igual al

• F – carga sobre los cimientos de todos los tipos de cargas;
• γC – coeficiente de trabajo con algunos suelos;
• F.U – fuerza de resistencia última de la cimentación;
• γn – coeficiente seleccionado para las estructuras, según su tipificación (I, II, III).

La carga sobre los cimientos siempre se muestra en N1. El aumento de la capacidad portante de la base de cimentación es un objetivo clave del cálculo del primer conjunto de estados límite. Nu.

El criterio de Coulomb-Mohr, τ=σtgφ+ s, se aplica a las mediciones. Considera la resistencia calculada de la base (R0, Ru, R), así como el ángulo de fricción interna y la adherencia específica, que muestran los estados estables e inestables de los suelos capaces de disminuir o aumentar la resistencia de la MZF.

Cálculo para el segundo grupo – deformaciones

Al examinar las posibles deformaciones de las cimentaciones poco profundas se siguen las siguientes directrices:

• S – en las cimentaciones, con todos los factores que afectan a la estructura y a las cimentaciones;
• S.U – grado posible de los procesos de deformación.

Los suelos en los que se forma la MSF (p≤R), los coeficientes de gravedad específica del suelo (γ, II), la adherencia al mismo (сII), la profundidad de la base (d1), los coeficientes ingeniero-geológicos (γc1, γc) y los tomados de ángulos con fricción interna (Μq, Μс, Μγ) se tienen en cuenta en los cálculos de ingeniería.

A continuación se presenta la fórmula básica para medir las deformaciones de las cimentaciones superficiales del segundo grupo:

Debido a la diversidad de los suelos, existen numerosos enfoques para determinar la MZF. Estos métodos consideran la mecánica de los medios deformables cerca de los cimientos y caracterizan las características de los medios en diferentes condiciones. De ahí que sea crucial determinar los parámetros mecánicos y físicos que están en funcionamiento durante un período de tiempo específico. Estos parámetros pueden consultarse en las tablas de ingeniería de SNiP 2.02.01-83.

Los efectos de impacto o vibración en las cargas no se tienen en cuenta en el cálculo del segundo grupo, que son las deformaciones de la MZF.

Procedimiento de cálculo

Por "profundidad de cimentación" nos referimos al valor de diseño que establece el grado de colocación de la capa base de la cimentación. Se calcula en función de las condiciones ingeniero-geológicas, hidrogeológicas y climáticas de la región, además de las específicas del edificio que se está construyendo en ese momento.

El grado de profundización, expresado en forma de coeficiente, sugiere que puede construirse una cimentación sólida. Tiene que aguantar la estructura. Como resultado, un indicador elevado que surja de los cálculos mostrará la longevidad y estabilidad potenciales de los edificios.

La información sobre los indicadores estándar del nivel de las aguas subterráneas y el impacto de la temperatura media del aire se obtiene a partir de los resultados de los cálculos y el valor de la profundidad de los cimientos.

En cuanto al método de cálculo, es frecuente determinar cimentaciones en franjas para las estructuras. Calcular cada tipo de carga de la estructura diseñada es necesario para determinar la profundidad de la MZF.

Antes de iniciar el cálculo, será necesario

• dibujar un plano de la casa y los edificios adyacentes;
• resolver la cuestión de la presencia de un sótano y su forma geométrica;
• medir primero el nivel de la base y seleccionar el material necesario para su fabricación;
• resolver la cuestión de la necesidad de aislamiento térmico.

Se puede empezar a calcular después de haber terminado todos los pasos anteriores. Para ello, se crea una tabla que indica la gravedad específica de los materiales utilizados. En este caso, el trabajo de diseño se desglosa en fases que incluyen lo siguiente

• determinar la altura necesaria para excavar en la cinta;
• cálculo de la carga ejercida sobre la base de la cinta;
• cálculo de los parámetros geométricos
• corrección de datos teniendo en cuenta la estructura del suelo.

Los principales elementos de la base son:

• escopeta recortada;
• suela;
• escalones (superficies laterales).

El plano de la cimentación en la parte superior se denomina corte. El plano inferior sirve de base a los cimientos. Se utiliza para transferir la carga a la base.

Los planos verticales forman la superficie lateral. El muro de cimentación es la parte vertical de la cimentación.

El término "profundidad de cimentación" Normalmente se refiere a la distancia medida desde la parte superior del trazado hasta la parte inferior. La altura existente de los cimientos se determinó midiendo la distancia desde su base hasta su borde.

Una cimentación bajo un pilar puede tener uno o dos escalones. Existe un pilar en la parte superior de la cimentación. Se coloca una columna. Normalmente, esta zona se denomina vaso.

Los requisitos, cuyo cumplimiento establece la profundidad de colocación, garantizan la capacidad portante del MZF. En este caso, las deformaciones de los cimientos no deben superar los valores límite de funcionamiento.

Las siguientes variables determinan si la profundidad se ha calculado correctamente:

1. Características estructurales de la estructura y del edificio, así como indicadores de cargas o impactos ejercidos sobre sus cimientos.
2. Disponibilidad de la longitud de la base que tienen las estructuras adyacentes, así como el cumplimiento de las condiciones de profundidad para los servicios públicos.
3. Condiciones de ingeniería y geológicas para la construcción de esta obra, teniendo en cuenta las propiedades del suelo: físicas y mecánicas, así como la naturaleza de los estratos.
4. La presencia de condiciones hidrogeológicas existentes en el emplazamiento y la posibilidad de que cambien como consecuencia de la construcción, así como el uso de los edificios.
5. Longitud a la que se hiela el suelo cada temporada.

A la hora de elegir la profundidad del agua deben tenerse en cuenta varias sugerencias:

• profundice los cimientos en la capa de suelo de carga entre 10 y 15 cm;
• si las propiedades de la capa del suelo relacionadas con la deformación o la resistencia son peores que las propiedades de la capa subyacente, debe evitarse su ubicación bajo la suela de cimentación;
• Intentar colocar los cimientos por encima del nivel de las aguas subterráneas – esto es necesario para evitar la necesidad de utilizar bajantes de agua durante el proceso de trabajo.

Independientemente del número de plantas de los edificios, deben respetarse las directrices generales que se indican a continuación para calcular con precisión la ZFM:

• La profundidad de los cimientos no puede ser inferior a 50 cm, pero la excepción sólo se aplica a los suelos rocosos.
• Si hay varios edificios contiguos, la profundidad de cimentación debe ser la misma, para que los edificios tengan la estabilidad necesaria.
• Los cimientos deben profundizarse en la capa de carga entre 10 y 20 cm – esto es necesario para que toda la carga de la estructura se transfiera uniformemente al suelo sólido.
• Si las condiciones son favorables, colocar los cimientos por encima del acuífero. Así se evitará el uso de un sistema de drenaje.
• La parte de la cimentación situada debajo es mejor bajarla aproximadamente una quinta parte por debajo de la capa de congelación para evitar el efecto destructivo del levantamiento del suelo.

Las propiedades del suelo desempeñan un papel fundamental a la hora de calcular con precisión la anchura de la suela y el peso de la estructura. Se puede calcular la anchura de la base del monolito si se conoce el peso del edificio. En este caso, las cargas futuras (plataforma, muebles, tejado, etc.) y el efecto de las precipitaciones en el suelo también son factores importantes. d.).

Peso del edificio

Hay que calcular la superficie de cada pared y tabique y multiplicar el resultado por el coeficiente adecuado al tipo de casa para determinar el peso del edificio:

• I – pesado – monolítico, ladrillo con una anchura de 1.2-2 ladrillos, paneles de hormigón armado, bloque de gas-espuma con acabado frontal denso. Aquí el área de todas las paredes se multiplica por 2.4 t.
• II – severidad moderada – Casas de ladrillo, de 1 ladrillo de ancho, así como casas de bloques de gas-espuma, sin acabado exterior, pero con yeso en el interior. El área de todas las paredes se multiplica por 2 toneladas.
• III – luz – los edificios de madera y armazón se multiplican por el área de los muros por un factor de 1.7 t.

El valor t/m2 debe ser el resultado del cálculo. En este caso no se tuvo en cuenta el peso del tejado. El valor obtenido puede utilizarse para calcular la fuerza de presión del edificio sobre los cimientos del suelo convirtiéndolo a kg/cm2 y multiplicando el resultado por 1000.

Puedes utilizar una calculadora en línea para facilitar los cálculos de ingeniería cuando construyas casas con MZF.

Superficie de apoyo

El fondo de la zanja sirve como región de apoyo de la base. Vamos a echar MZF. La fuerza de resistencia del suelo y el peso total del edificio son los dos únicos indicadores utilizados para determinar la superficie de apoyo.

Ejemplo

La estructura pertenece al tipo II. Hay 200m2 de muros. El peso resultante de multiplicar 200m2 por un factor de 2t es de 400t/m2. Tras convertir el valor a kg/cm2, multiplicamos el resultado por 1.000. 400.000 kg/cm2 es el resultado.

Al investigar el 1.En el fondo de una zanja de 5 metros de profundidad, se descubrió que el suelo contenía arena de fracción media. La arena tiene un indicador de 2.5 kg/cm2, según la tabla de indicadores de capacidad de carga del suelo.

El peso del edificio, que es de 400.000 kg/cm^2, debe dividirse ahora por 2.5 kg/cm^2. 160.000 cm2 es el valor que se obtiene.

En este caso, la superficie de apoyo de los cimientos es de 160.000 cm^2.

Es importante tener en cuenta que la superficie de apoyo debe ser en realidad un 20-40% mayor que la calculada al calcularla. Esta es precisamente la señal que buscan los constructores: si no se utiliza demasiado material, el edificio durará mucho tiempo.

Capacidad portante del suelo

Es crucial identificar este indicador durante la fase de diseño. El tipo, la densidad y la masividad del suelo, el nivel de agua subyacente y la profundidad a la que se congelan la tierra y las capas subyacentes dependen del cálculo de la capacidad portante del suelo.

Aunque la estructura de las rocas poco profundas es suelta, dependen de características generales como arenas, arcillas, turberas y propiedades relacionadas con la fluidez (nivel de humedad permanente) y una reducción de la resistencia a la carga.

Para recopilar los datos de medición se utiliza la siguiente fórmula:

Además, se emplean fórmulas

• R0 – la resistencia a la carga vertical, indicada en las tablas, depende del tipo de suelo
• K2 – coeficiente para el cálculo de capas estables
• K – factor de corrección para las especies de rocas (tabla SP 22.133.30-2016).
• B – dimensiones transversales del fondo de la base
• N – profundidad de inmersión del soporte
• Q – coeficiente para hallar el peso específico medio calculado del suelo desde la parte superior del mismo hasta la base de cimentación.

Es necesario realizar cálculos precisos, ya que una selección incorrecta de la marca de enterramiento puede provocar el levantamiento de los cimientos en suelos que se elevan. Al mismo tiempo, la propia construcción puede experimentar un hundimiento significativo en el futuro. La profundidad de congelación, que varía en función del suelo, también suele calcularse.

La clasificación GOST 25.100-2011 contiene información sobre suelos. Las normas de resistencia a la presión se indican en SP 22.133.30-2016.

El papel de las propiedades del suelo

La capacidad de levantamiento del suelo también es un factor a tener en cuenta en el diseño del MZF. A la hora de realizar una cimentación poco profunda, deben tenerse en cuenta las propiedades del suelo y el posible impacto mecánico que puede sufrir debido a la variación de las cargas.

Al colocar la MZF, es crucial una protección cuidadosa contra las deformaciones estacionales. Como resultado, se crean estructuras reforzadas y rígidas sin utilizar menos materiales de construcción. Los grados más altos de mortero de cemento son apropiados para los suelos en pendiente. Las proporciones de la mezcla se calculan correctamente.

Antes de la construcción, se recogen muestras del suelo y se decide el tipo de futura FML: columna, franja o base de losa. Para ello, utilice datos tabulares sobre los suelos (tipo, características y recomendaciones del Ministerio de Desarrollo Territorial cuando el nivel freático del suelo sea superior o igual a dos metros). También deben tenerse en cuenta los indicadores de resistencia del suelo, la carga total sobre los cimientos y el grosor de la suela, que debe estar comprendido entre 150 y 300 mm.

Si en una zona determinada se producen heladas estacionales, es fundamental calcular el MZF para las deformaciones por levantamiento del suelo. Es necesario incluir el componente matemático en los cálculos, teniendo en cuenta que el valor calculado de la elevación de los cimientos durante la deformación no debe ser superior a los valores tabulares especificados.

Minimización de los fenómenos de abombamiento

La protección impermeabilizante se utiliza para eliminar por completo o reducir significativamente la deformación de los cimientos. Para ello se utilizan materiales de construcción especiales.

En la mayoría de los casos, el fenómeno del levantamiento puede eliminarse completamente si se mantiene la humedad fuera del espacio bajo los cimientos. Para crear una especie de colchón protector, los constructores también utilizan grava y arena para compactar el suelo bajo la suela.

Diseños óptimos de MZF

De todas las cimentaciones poco profundas De las opciones poco profundas, se considera que las bases en franja son las más adecuadas. Sólo en determinadas situaciones se utilizan MZF monolíticas columnares, de ladrillo y de hormigón in situ perforado. Al mismo tiempo, se realizan mediciones adicionales de los cimientos para determinar las cargas que pueden soportar y las posibles deformaciones, teniendo en cuenta el peso de los edificios de servicios instalados y de los propios edificios.

Sin embargo, dado que las losas de cimentación dispersan las cargas de manera uniforme en suelos ondulados, son mucho más comunes que otros tipos de cimentación y no deben pasarse por alto a la hora de establecer la MZF.

Provisiones	Procedimiento
Análisis del suelo	Examinar el tipo y la resistencia del suelo en el emplazamiento.
Cálculo de la carga	Determine el peso de la estructura que debe soportar.
Profundidad de la cimentación	Decidir la profundidad en función de la línea de congelación y el tipo de suelo.
Tamaño de la zapata	Calcule las dimensiones de la zapata para distribuir la carga uniformemente.
Elección de materiales	Seleccionar los materiales adecuados para la cimentación.
Plan de construcción	Esquema de los pasos para excavar, encofrar y verter el hormigón.

Para que cualquier proyecto de construcción tenga éxito, es imprescindible comprender las directrices y procesos básicos para calcular cimentaciones poco profundas. Comprendiendo estos principios, podrá asegurarse de que su cimentación es fiable y segura, proporcionando a la estructura superior unos cimientos sólidos. Los cálculos precisos evitan posibles problemas como asentamientos irregulares e inestabilidad estructural.

Las condiciones ambientales, los requisitos de carga y las propiedades del suelo son factores importantes en estos cálculos. La profundidad y el diseño adecuados de los cimientos vienen determinados en gran parte por cada uno de estos factores. Se puede ahorrar tiempo y recursos a largo plazo si se dedica tiempo a evaluar con precisión estas variables.

Simplificar este proceso implica utilizar las herramientas y técnicas adecuadas, como programas informáticos y fórmulas de cálculo estándar. Pero también es esencial hablar con un ingeniero estructural u otro experto en construcción. Sus conocimientos pueden garantizar que no se pase por alto ningún detalle y que todos los cálculos sean precisos y fiables.

En resumen, calcular los cimientos poco profundos es una parte esencial de la planificación de un edificio. Requiere un cuidadoso equilibrio entre el conocimiento empírico y los principios científicos. Siguiendo los protocolos establecidos y obteniendo la orientación de expertos cuando sea necesario, podrá establecer una base que sustentará su proyecto durante un largo período de tiempo.

Vídeo sobre el tema

Cimientos en Lira Sapr Lección 1 Cimientos poco profundos

Conferencias de la ISSO: Cimentación y cimientos

Trabajo práctico No. 4. Cálculo de una cimentación poco profunda

CIMENTACIONES Y CIMIENTOS. Clase 12. Cimientos profundos.