Bases para el Proyecto de Losas de Cimentación

Este artículo se trata del proyecto estructural de la losa.

En su forma común más sencilla, una losa de cimentación es una losa de concreto reforzado que soporta las columnas y muros de una estructura y que distribuye su carga en los suelos subyacentes. Usualmente, esta losa se considera y se proyecta como una losa plana continua, con apoyo rígido en las columnas y en los muros.

La presión del suelo quc obra contra la losa se supone uniformcmentc distribuida y que es igual a la carga total de todas las columnas, multiplicada por los factores de carga correspondientes, y dividida por el area de losa. Los momentos y las fuerzas cortantes en la losa se determinan usando los coeficientes correspondientes que aparecen en las especificaciones para el proyecto de losas planas.

Debido a la variación errática en la compresibilidad de casi todos los depósitos de suelos, existen también desviaciones erráticas de la presión del suelo con respec to al valor promedio. Como los momentos y las fuerzas cortantes se determinan tomando como base la presión media, se considera una buena técnica poner en la losa una cantidad de acero mayor que la teórica y usar el mismo porcentaje de acero en los lechos superior e inferior.

La analogía con la losa plana se ha usado mucho, a menudo con éxito completo. Por otra parte, con frecuencia ha sido la causa de fallas estructurales, no sólo de la losa, sino también de la superestructura. Por tanto, deben entenderse claramente sus limitaciones.

La analogía es válida solamente si los asentamientos diferenciales entre las columnas van a ser pequeños y, si la distribución de los asentamientos diferenciales va a ser errática y no sitemática. Fastas limitaciones son necesarias debido a que el proyecto de las losas planas se basa en la suposición tácita de que los asentamientos diferenciales entre los puntos de apoyo en las columnas o en los muros serán insignific antes.

Además, aunque los asentamientos sean despreciables, la analogía con la losa plana puede conducir a proyectos antieconómicos o poco conservadores, a menos que las columnas estén más o menos igualmente cargadas y espaciadas. Si las cargas en algunas áreas son en promedio mucho más pesadas que en otras, los asentamientos diferenciales pueden ser la causa de una gran rcdistribución de momentos en la losa. En estas circunstancias, las losas de cimentación algunas veces se proyectan como si estuvieran sostenidas sobre un lecho de resortes muy juntos, pero igualmente espaciados y de igual rigidez. La presión de contacto q debajo de un area muy pequena es entonces proporcional a la flexión de los resortes en esa área, y, por tanto, al asentamiento S. La constante de proporcionalidad



se llama módulo de reacción de la subrasante. Sus unidades son las de fuerza por unidad de volumen. Aunque se ha elaborado una teoría para calcular momentos y fuerzas cortantes en la losa para una subrasante que tiene las propiedades representadas por un valor constante del m&dulo k, el valor de k para los suelos reales depende no solamente de las características esfuerzo-deformación del suelo,
sino también en una manera compleja de la forma y tamaño del área cargada y de la magnitud y posición de las áreas cargadas vecinas. En algunos casos, valores de k que pudieran parecer razonables 1levan a calcular presiones en el suelo mayores que la capacidad de carga. Por tanto, la evaluación de k para proyecto, y aun el juicio con respecto a la aplicabilidad del concepto de módulo de reacción de la subrasante a una obra especial, requieren un estudio concienzudo y están llenos de incertidumbres.

Un proyecto estructural correcto de una losa de cimentación por la analogía de la losa plana, o por el método del módulo de reacción de la subrasante, desafortunadamente no es garantía de que las flechas de la losa no tengan en realidad importancia. De hecho, si la estructura cubre un área relativamente grande y aumenta mucho los esfuerzos en un depósito subyacente de arcilla o limo compresible, es probable que experimente grandes asentamientos diferenciales sistemáticos. Estos no podrán evitarse simplemente dando una gran resistencia a la losa; también es necesario darle rigidez. Sin embargo, es probable que una cimentación rígida esté sujeta a momentos flexionantes, mucho mayores que los que corresponden a los análisis de losa plana o con eJ módulo de reaccion. Estos momentos pueden ser tan grandes que requieran vigas de gran peralte, armaduras, y aun la utilización de la superestructura para obtener la resistencia necesaria. La losa debe ahora consistir de dos elementos casi independientes: la losa de la base, que puede todavia proyectarse por la analogía de la losa plana y los miembros para dar rigidez, que tienen la función de evitar la mayor parte de los asentamientos diferenciales de los puntos de apoyo de la losa de base.

El proyecto de los elementos rigidizadores es un problema estructural difícil para el cual no existe procedimiento directo. La experiencia y un criterio maduro son esenciales. El aumentar la rigidez de una losa de cimentación apoyada en un suelo compresible produce una redistribución de la presión del suelo; la Josa de cimentación no debe sufrir una flexión excesiva cuando actúa en ella la presión redistribuida irregular.

Desafortunadamente no puede hacerse una estimación racional segura de la distribución de la presión, debido a lo extremadamente complejo de las relaciones entre los esfuerzos, las deformaciones y el tiempo, no solamente en los suelos, sino también en los elementos estructurales.

Según la teoría, si una estructura ilgida descansa en un suelo con módulo de elasticidad constante, la presión en la base de la estructura variará de un mínimo cerca de la mitad de la base a un máximo en los bordes. Ocasionalmente se ha utilizado este conocimiento como base para estimar la presión del suelo para proyectar una losa de cimentación rígida sobre un subsuelo de limo o arcilla compresible. Sin embargo, como no es probable que la presión en los bordes exceda del doble de la promedio, se considera conservador proyectar los elementos rigidizadores y la losa misma para dos condiciones: para una presión uniforme sobre toda la losa y para una presión variable de alguna manera arbitraria, desde un mínimo en el centro, a dos veces el promedio en los bordes. Por supuesto, la presión promedio es la misma en ambas condiciones. En cualquier parte de la cimentación, la resistencia se hace adecuada para cualquier distribución que produzca las condiciones más severas y para la distribución irregular no debe ser excesiva la deformación de las cimentaciones.

Esta es una base lógica para proyecto, pero a menudo puede ser demasiado conservadora y, por tanto, antieconómica. La elección de las más adecuadas presiones en los bordes coil frecuencia pone a prueba la habilidad del ingeniero de cimentaciones más experimentado.

Estos párrafos sugieren que el proyecto de losas rígidas sobre arena, arcilla firme, u otros materiales relativamente incoinpresibles es algo complicado, pero, por lo demás, es un problema estructural de rutina.

Por otra parte, si el subsuelo contiene capas muy compresibles, el problema ya no es de rutina.

Como alternativa al costo relativamente alto de una losa rígida de gran tamaño sobre un depósito compresible, puede obtenerse una gran economía proyectando una losa de cimentación flexible y una superestructura que pueda deformarse sin daño estructural tomando la forma correspondiente a la compresión del subsuelo, Evidentemente, esta alternativa no puede elegirse si el aspecto arquitectónico o funcional demanda una estructura relativamente indeformable. Por otra parte, muchos tipos de estructuras, como los grandes tanques de acero y los edificios de estructura de acero de uno o dos pisos, industriales, con paredes de metal o de asbesto, pueden sufrir grandes deformaciones sin consecuencias perjudiciales. A menudo resulta preferible aceptar las deformaciones, si puede evitarse el costo de una cimentación rígida.

El proyecto de una cimentación flexible no puede basarse con facilidad en el cálculo de los esfuerzos en la losa. Por lo contrario, es necesario estimar, basándose en la predicción de los asentamientos, la curvatura máxima a la que puede quedar sujeta la cimentación, y elegir el peralte de la losa y la cantidad de refuerzo de manera que no se produzcan grietas suficientemente grandes como para dar mal aspecto o para producir demasiadas filtraciones del agua subterránea, aun si se deforma de acuerdo con la curvatura estimada.

Como regla aproximada, puede tomarse la cantidad de acero como 1 por ciento en cada una de las dos direcciones ortogonales, repartida igualmente en los lechos superior e inferior de la losa. En general, el espesor de la losa no debe ser mayor que 0.01 del radio de curvatura, pero pueden ser necesarios aumentos de espesor cerca de las columnas y muros para evitar fallas por esfuerzo cortante. En cada obra particular entran muchos factores en la elección final del criterio de proyecto, y se requiere buen juicio y experiencia.

Por tanto, el diseño de una losa flexible sobre depósitos compresibles, al igual que el de una losa de cimentación rígida, en el mismo caso, no es un problema de rutina.

1 comentarios:

B.F dijo...

Buenos días excelente información, solo quisiera saber el autor de la información? Saludos y gracias de antemano

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