Practica 1. CIMENTACION PDF

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CIMENTACIONES...

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Práctica 1 DISEÑO DE CIMENTACIÓN

TEORIA DE ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES | 3º MEC

1. INTRODUCCIÓN La práctica consiste en la realización de la cimentación de las zapatas de la nave industrial personalizada de varias maneras y compararlas entre ellas. Además, compararemos la cimentación entre pórtico biempotrado y biapoyado.

2. OBJETIVOS -En el pórtico intermedio tipo, se pide, para el caso de pórtico biempotrado:    

Cálculo como zapata centrada aislada. Como zapata de medianería. Disminución del tamaño utilizando bloque de compensación y viga centradora Dimensionado de viga de atado (se generará un pórtico para poder crear una viga de cimentación) -En el pórtico intermedio tipo, se pide, para el caso de pórtico biapoyado:

 

Calculo como zapata centrada aislada. Como zapata de medianería.

3. DATOS 2L = 19 m. H = 5.7 m. sc = 2.5 m. α = 18º sp (separación entre pórticos) = 5.3 m. Long. Dintel = 9.99 m Cargas: -Carga muerta correa(peso propio de correa más cubierta): 120 t +Peso Cubierta )∗sp=0.128 ( Peso IPE m sc

CM correa =PPcorrea +CM 1cubierta = -Peso propio dintel: PPdintel=Peso IPE 120=0.0422

t m

-Hipótesis de viento 1: Cubierta: Viento en presión a barlovento, 0.159 t/m Viento en succión a sotavento, 0.371 t/m Pilares: Viento en presión a barlovento, 0.371 t/m Viento en succión a sotavento, 0.265 t/m -Hipótesis de viento 2: Cubierta: Viento en presión a barlovento, 0.212 t/m Viento en succión a sotavento, 0.212 t/m Pilares: Viento en presión a barlovento, 0.318 t/m Viento en succión a sotavento, 0.212 t/m -Carga de nieve: N 1=60∗cos ( α )∗ sp=0.302

t m

Ilustración 1. Cargas sobre pórtico

Además, las dimensiones de la placa base ya adoptadas en la asignatura de Diseño y cálculo de estructuras metálicas y de hormigón:

Acero S275J; Hormigón HA-25; Acero B500S;  terreno : 0,09 MPa Suponemos que el firme del terreno se encuentra a cota – 0,5 m

4. DESARROLLO PÓRTICO BIEMPOTRADO a) Zapata centrada aislada La hipótesis en la que se da el mayor momento de reacción en la base del pilar es:

Las acciones que ejerce el pilar sobre la zapata son las siguientes, pero de signo contrario:

Sabiendo los esfuerzos que ha de aguantar la zapata, primero vamos a dimensionarla con geometría cuadrada:

De esta manera, obtenemos una zapata de 305x305x65 (unidades en cm) y 16 redondos de Ø12 mm por cada dirección y por cada parrilla (superior e inferior). Los valores de consumo de acero y hormigón son los siguientes.

Sin embargo, el programa Cype siempre coloca armadura superior a la mínima que existan tracciones en la parte superior de la zapata. Por ello, como se demostrará en el trabajo, podemos prescindir de la parrilla superior siempre que las tracciones sean pequeñas y el hormigón pueda soportarlas. Cype no realiza esta comprobación, por lo que al quitar la armadura nos muestra la siguiente advertencia:

Entonces, calculamos la zapata sin armadura superior y vemos los consumos de acero y hormigón.

Ahora, cambiamos la geometría a forma rectangular con el lado largo en la dirección x y comparamos los resultados:

Podemos ver que obtenemos una zapata de 225x445x100 (unidades en cm), con lo que da mayores consumos de acero y hormigón. Esto es debido a que el largo de ésta se encuentra en la dirección equivocada. Debería colocarse en la dirección en la que se da el mayor momento.

Tenemos así, unas dimensiones de 365x185x80 (unidades en cm) y 13 redondos de Ø16 mm en la dirección del eje X y 7 redondos en la dirección perpendicular. De esta manera vemos que hemos reducido a 5,4 m3 el volumen necesario de hormigón y a 87,33 kg el peso del acero.

b) Zapata de medianería La zapata de medianera es utilizada principalmente cuando no es posible utilizar zapata aislada ya que el terreno adyacente no pertenece a nuestra parcela. Para calcular la zapata de medianería también hemos de dimensionar la placa base como medianera, con lo que hemos de aumentar el espesor de la placa y de los rigidizadores.

Tenemos así, un espesor de placa de 35 mm y de 20 mm de rigidizadores. Ahora, dimensionamos la zapata de medianera de forma rectangular con el lado largo en la dirección del eje X, para posteriormente comparar los consumos con viga centradora y bloque de compensación.

Tenemos una zapata de 465x235x105 (unidades en cm) y un volumen de hormigón de 11.47 m3. Por otro lado, si situamos el lado largo en la dirección de mayor momento, si lo dimensionamos con Cype obtenemos un mayor tamaño de zapata. Esto es debido a que le proporciona una longitud de canto grande, porque clasifica la zapata como rígida.

Zapata de 205x395x170 (unidades en cm).

Reduciendo el canto hasta 70 cm podemos conseguir que cumpla ya que se clasifica como zapata flexible:

Y obtenemos un consumo de hormigón de 5,67 m3, es decir, casi un 50% inferior que con el lado largo en la dirección del eje X.

c) Zapata con bloque de compensación y viga centradora. Ahora vamos a tratar de reducir los consumos de acero y hormigón usando bloque de compensación y viga centradora. En este caso obtendremos una zapata de medianera similar a la del apartado “b)” pero con menor tamaño, una viga centradora de hormigón armado y un bloque de compensación de hormigón en masa (sin armadura de acero en su interior). Para introducir este caso en el programa Cype, colocamos un pilar ficticio a 5 m del pilar de la nave industrial hacia el interior de la parcela. Bajo este pilar ficticio se colocará el bloque de compensación de hormigón en masa. Posteriormente, ponemos viga centradora entre éste y la zapata de medianería. Para el cálculo de esto, colocaremos una carga puntual vertical hacia arriba en el bloque de compensación y una carga igual y de sentido contrario en el pilar de la nave con valor de:

T=

M +Q∗h+N∗d 153.82 + 49.613∗1.05 −31.598∗1.025 =37.4 kN = 5 L

Introducimos esta carga en la hipótesis de peso propio:

Ahora introducimos la zapata de medianería, el bloque de compensación y los unimos con la viga de centradora y calculamos:

Con el bloque de compensación conseguimos reducir de 11,47 m3 a 3,79 m3. La cantidad de acero utilizado también se ha reducido de 180,85 kg a 133,5 kg.

d) Zapatas con viga de atado En este apartado, debido a que el atado de zapatas de pilares en naves industriales es perimetral, colocaremos un segundo pórtico con las mismas dimensiones y cargas y con una separación entre ambos de 5,3 m. Utilizamos la zapata aislada del primer apartado y ponemos la viga de atado para unirlas. La viga de atado es recomendable utilizarla para tener mayor estabilidad entre las zapatas de pórticos colindantes. Además, al realizar las comprobaciones de estabilidad de cada zapata, no será necesario comprobar el deslizamiento de esta.

Los consumos de acero y hormigón de cada zapata son los mostrados en el apartado a) de esta práctica. Para la viga de atado tenemos 0,36 m3 de hormigón HA-25 y 27,06 kg de acero B 500 S.

PÓRTICO BIAPOYADO a) Zapata centrada aislada Procedemos a dimensionar la zapata con geometría cuadrada. Al tratarse de pórtico biapoyado, los pilares no transmiten momentos a la zapata y tendremos una zapata más pequeña que en el apartado a) del biempotrado. Tenemos las siguientes dimensiones de placa de anclaje:

Los esfuerzos que se transmiten a la zapata son los siguientes:

Ahora dimensionamos la zapata:

Al igual que en el pórtico de medianería, las tracciones que se dan en la cara superior de la zapata son muy pequeñas, por lo que no es necesario poner armadura superior. Por otro lado, como el firme del terreno se encuentra a 50 cm de profundidad y la zapata nos sale de 40 cm de canto, es necesario aumentarlo hasta, por lo menos, los 50 cm. Para ello, también será necesario modificar la armadura para cumplir con la cuantía geométrica mínima y longitudes de anclaje:

Tenemos entonces, una zapata de 135x135x50 (unidades en cm) y unos consumos de acero y hormigón de:

Si hacemos la zapata rectangular con el lado largo en la dirección X obtenemos este tamaño de zapata:

Obtenemos unas dimensiones ligeramente superiores a la zapata cuadrada. Ahora dimensionamos con el lado largo en la dirección Y.

Como podemos observar, en este caso hemos obtenido menores consumos de acero y hormigón.

b) Zapata de medianería La placa base que manejamos en medianería es la siguiente:

En este caso, al ser biapoyado, podemos ajustar el pilar con el borde de la placa ya que no precisa de soldadura en las alas del mismo. Primero dimensionamos la zapata con el lado largo en la dirección de las X.

Ahora con el lado largo en la dirección Y:

Para finalizar, se muestra una tabla resumen de todos los consumos de acero y hormigón respectivos a cada apartado de esta práctica: Acero (kg)

Consumos Hormigón (m^3)

BIEMPOTRADO Zapata centrada aislada Cuadrada Rectangular en X Rectangular en dirección de mayor momento Zapata medianera Rectangular en X Rectangular en dirección de mayor momento Zapata con bloque de compensación y viga centradora Zapatas con viga de atado BIAPOYADO Zapata centrada aislada Cuadrada Rectangular en X Rectangular en Y Zapata medianera Rectangular en X Rectangular en Y

90,31 157,46 87,33

6,05 10,01 5,4

180,85 223,39 133,5 27,06

11,47 5,67 3,79 0,36

27,01 30,11 24,55

0,91 1,09 0,72

28,72 60,1

1,82 1,79

5. CONCLUSIONES Como podemos ver en la tabla anterior, para nave biempotrada, la solución que hemos obtenido más económica en cuanto a consumos de acero y hormigón es la zapata con bloque de compensación y viga centradora. El caso de viga de atado se utiliza principalmente para mejorar la estabilidad de las zapatas y omitir la comprobación de deslizamiento. Si comparamos entre las zapatas de pórtico biempotrado y biapoyado, podemos observar que, para los casos estudiados en la práctica en cuestión, se obtienen menores tamaños de zapata en el caso de biapoyado. Esto es debido a que, en el dimensionamiento de las zapatas, es principalmente determinante el momento que han de soportar. El momento que transmite el pilar en este tipo de apoyos es nulo, por lo que el tamaño de zapata se reduce considerablemente. Por tanto, la utilización de viga centradora en los pórticos biapoyados no tiene sentido ya que no hay momento transmitido por el pilar (no hay excentricidad) que contrarrestar con bloque de compensación. En el caso de que el cerramiento sea de hormigón prefabricado de 12 cm de espesor, éste contribuiría a reducir la excentricidad (producida en la base del pilar debida al momento) aumentando el axil que se transmite a la zapata. Con ello

reduciríamos el tamaño de la zapata creando mayor momento estabilizante, reduciendo así la posibilidad de vuelco de la zapata. En la práctica desarrollada se ha considerado que el firme del terreno se encuentra a 0,5 m de profundidad; sin embargo, se nos plantea la posibilidad de que éste se encuentre a 2,5 m. En este caso, lo correcto sería realizar un pozo de cimentación en el que se apoye la zapata calculada sobre una masa de hormigón “pobre”, el cuál posee reducida resistencia mecánica y bajo contenido de aglomerante (es aconsejable unir la zapata con el bloque de hormigón mediante acero para impedir el deslizamiento entre ambas). Este pozo de cimentación tendrá 2,5 m de profundidad como mínimo. En la siguiente imagen se muestra dicho pozo....