Elementos estructurales de fundación como pilotes, zapatas, soleras, tensores

1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES
ESTRUCTURACION 1
RODOLFO FRANCO / NATALIA ORTIZ / FERNANDO MARROQUIN / YOLANDAVAQUERANO
CIUDAD DE LAS ARTESY CIENCIAS, SANTIAGO CALATRAVA, VALENCIA, ESPAÑA.

2. ELEMENTOS
ESTRUCTURALES DE
FUNDACIÓN
1. PILOTES
2. ZAPATAS
3. SOLERAS DE FUNDACIÓN
4. TENSORES

3. Son las partes de la construcción
encargadas de transmitir al
terreno resistente la carga de la
estructura, ósea que transmite
las cargas vivas y muertas al
suelo o terreno de apoyo.
FUNDACIONES

4. Según la posición o profundidad del terreno
resistente sobre el que se desplanten las
cimentaciones se puede distinguir entre
cimentaciones superficiales y cimentaciones.
En las fundaciones se utilizan varios elementos:
1-Pilotes
2-Zapatas
3-Soleras de fundación
4-Tensores
1
2
3 4

5. 1.PILOTES

6. DEFINICIÓN
Los pilotes son cimentaciones profundas. Suelen
tener sección circular y pueden ser
prefabricados o ejecutados in situ. Su función es
la de transmitir directamente al suelo, los
esfuerzos que recibe de la estructura superior,
trabajan a flexo-compresión, como si fuese una
columna apoyada sobre un plano resistente, y
por frotamiento lateral contra el suelo.

7. CASOS EN LOS QUE SE USA PILOTES
• Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se
pueden distribuir adecuadamente en una cimentación
superficial, excediendo la capacidad portante del suelo.
• Puede darse que los estratos inmediatos a los
cimientos produzcan asientos imprevistos y que el
suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de
edificios que apoyan en terrenos de baja calidad.
• Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones
de temperatura por hinchamientos y retracciones
producidos con arcillas expansivas.
• Cuando la edificación está situada sobre agua o con la
capa freática muy cerca del nivel de suelo.
• Cuando los cimientos están sometidos a traccion.

8. EJEMPLOS:
–En edificios de altura expuestos a
fuertes vientos.
–En construcciones que requieren
de elementos que trabajen a la
tracción, como estructuras de
cables, o cualquier estructura
anclada en el suelo.
–Cuando se necesita resistir cargas
inclinadas; como en los muros de
contención de muelles.
–Cuando se deben recalzar
cimientos existentes.

10. PILOTES PREFABRICADOS
Se construyen con elementos
prefabricados, generalmente
de acero, que se hincan en el
ter reno mediante una
máquina llamada pilotera. Esta
tiene un martinete que los
golpea hasta que se llega a la
profundidad especificada en el
proyecto. Eventualmente, la
hinca se realiza mediante un
dispositivo vibratorio.

12. PILOTES HORMIGONADOS IN SITU
Los Pilotes Hormigonados In Situ son un tipo de pilotes
ejecutados en obra, tal como su nombre lo indica, en el
sitio, en el lugar. La denominación se aplica cuando el
método constructivo consiste en realizar la perforación que
ocupará el pilote, la cual se mantiene rellena con una mezcla
de agua y bentonita como forma de evitar el
desmoronamiento de las paredes. La bentonita es una arcilla
muy pegajosa con un alto grado de encogimiento (los
enlaces entre las capas unitarias permiten la entrada de una
cantidad superior de agua que en la caolinita) y tiene
tendencia a fracturarse durante la cocción y el enfriado.

13. PILOTES DESPLAZAMIENTO
Son los pilotes que se construyen sin extraer las tierras del
terreno y tienen dos sistemas de ejecución diferentes.
Los sistemas de ejecución de los pilotes de desplazamiento son:
• 3a. Pilotes de desplazamiento con azuche.
• 3b. Pilotes de desplazamiento con tapón de gravas

14. PILOTES EXTRACIÓN DE TIERRAS
Este sistema de Pilotaje
por Extracción de
Tierras requiere que las
tierras de la excavación
sean extraídas antes de
la ejecución del
hormigonado de pilotes.

15. 2. ZAPATAS

16. Las zapatas son elementos de
cimentación que se apoyan
directamente sobre el terreno,
generalmente a una profundidad
reducida y de forma variable pero
preferentemente cuadrada,
rectangular o circular. En la mayor
parte de los casos, por no decir
prácticamente en todos, se
realizan en hormigón armado y su
función es la de transmitir las
cargas del edificio al suelo. Estos
elementos trabajan a compresión.
DEFINICIÓN

17. TIPOS DE ZAPATAS
• Por su morfología:
• Macizas.
• Que a su ves pueden ser:
• -Rectas
• -Escalonadas.
• -Piramidales.
• Aligeradas.
• Por su forma:
• -Cuadradas.
• -Rectangulares.
• -Circulares.
• -Poligonales.
• Por su forma de trabajar:
• Aisladas:
• Corridas:
• Zapatas combinadas
ZAPATA AISLADA
ZAPATA CORRIDA

18. Agotamiento por Flexión Mecánica

19. 3. SOLERAS DE
FUNDACIÓN

20. Es un tipo de fundación de concreto armado
que se desarrolla linealmente a determinada
profundidad y con una anchura que depende
del tipo de suelo. Se utiliza primordialmente
para transmitir cargas proporcionadas por
estructuras de pared o muros portantes.

21. ANALISIS ESTRUCTURAL
DETALLE DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE FUNDACION EN MARCO.
EL TENSOR (LILA), PEDESTALES (AMARILLOS), SOLERAS (ROJO) Y ZAPATAS (CAFÉ).

22. 4.TENSORES

23. DEFINICIÓN
Son elementos generalmente horizontales
que proporcionan arrostramiento ha
elementos verticales tales como las columnas
y pedestales. Se han incluido en las
fundaciones ya que las columnas además de ir
arriostradas en la parte superior de igual
forma deben de ir arriostradas en su base
COMPRESIÓNY TENSIÓN

24. ANALISIS ESTRUCTURAL

25. ZAPATA
ZAPATA

26. 4. COLUMNAS

27. Una columna es un elemento estructural vertical y de forma
alargada que sirve para sostener el peso de la estructura.

28. Es un elemento fundamental en el esquema de una estructura,
su capacidad de carga esta determinada por lo siguiente:
• Selección de su tamaño.
• Forma
• Espaciamiento
• Composición.

29. • La columna es un elemento sometido principalmente compresión.
• Diseño está basado en la fuerza interna.
• Debido a las condiciones de las columnas, también se diseñan a flexión.
• Combinadas se llaman flexo-compresión.
COLUMNA SOMETIDA A CARGA AXIALY COMPRESIÓN

30. COMPORTAMIENTO
Dentro de los requisitos fundamentales
de una estructura o elemento
estructural están los siguientes:
• Equilibrio
• Resistencia
• Funcionalidad
• Estabilidad.
En una columna se puede llegar a una
condición inestable antes de alcanzar la
deformación máxima permitida o el
esfuerzo máximo.

31. DISMINUCIÓN DEL ESFUERZO DE TRABAJO A COMPRESIÓN SEGÚN LA ESBELTEZ DE LA COLUMNA.

32. CARGA CRITICA
• La deformación de la columna
varía según ciertas magnitudes de
cargas, para valores de P bajos se
acortala columna.
• Al aumentar la magnitud cesa el
acortamiento y aparece la
deflexión lateral.
• Existe una carga límite que separa
estos dos tipos de configuraciones
y se conoce como carga crítica Pcr.

33. Supongamos un elemento recto vertical sometido una carga H, esta carga
produce una deflexión (véase figura 3a). Si se aplica una fuerza vertical P que
va aumentado y se disminuye el valor de H, de tal forma que la deflexión sea la
misma al caso de la Figura 3a (véase Figura 3b), el valor de Pcr es la carga
necesaria para mantener la columna deformada sin empuje lateral H.

34. EXCENTRICIDAD
Cuando la carga no se aplica directamente en el centroide de la
columna, se dice que la carga es excéntrica y genera un momento
adicional que disminuye la resistencia del elemento, de igual forma, al
aparecer un momento en los extremos de la columna debido a varios
factores, hace que la carga no actúe en el centroide de la columna.

35. PREDIMENSIONADO COLUMNA DE ACERO
El diseño de las columnas de acero se basa en la desigualdad de la
ecuación del diseño por estados límites y se presenta en la forma
indicada en la ecuación. La esencia de la ecuación es que la suma de los
efectos de las cargas divididas entre la resistencia minorada = o < a 1.

36. PREDIMENSIONADO COLUMNA DE MADERA
La ecuación de análisis se realiza según los esfuerzos y se expresa de
forma simple tal como lo indica la siguiente ecuación (#3):

38. PREDIMENSIONADO COLUMNA DE CONCRETO ARMADO
Método sugerido por Arnal y Epelboim: Basado en la carga axial y el
momento flector conocido, valores que son los necesarios para diseñar una
columna. El área de concreto puede estimarse por la fórmula:

40. FALLAS ESTRUCTURALES

41. 5.VIGAS

42. Es un elemento estructural de forma
alargada y generalmente horizontal o
inclinada que sirve para formar y cargar
losas en los edificios y sostener cargas.

43. Su trabajo estructural es a flexión. En tal sentido el
predimensionado de las vigas consiste en determinar las
dimensiones necesarias para que el elemento sea capaz de
resistir la flexión y el corte, así como también debe tener
dimensiones tales que la flecha no sea excesiva.
CLASIFICACIÓN DEVIGAS:
Según la forma de su sección: Rectangular, enT y en dobleT

44. Según su posición respecto al forjado.
-Viga de cuelgue.
-Viga plana.
-Viga de salto.
Según el tipo de apoyos que tienen en sus extremos:
- Apoyada.
- Empotrada.
- Continua.
- En voladizo.

46. FUERZA DE DISEÑO
• Los efectos que producen las cargas sobre una viga son de dos tipos:
Fuerza Cortante (V) y MomentoFlector (M).
• La magnitud de estas fuerzas son variables a lo largo de la longitud de la
viga, siendo así el objetivo principal de determinar la magnitud de la fuerza
cortante y el momento flector máximo aplicado en la viga (Vmax ; Mmax).

47. FALLAS ESTRUCTURALES
Las cargas que actúan en una estructura, ya sean cargas vivas, de
gravedad o de otros tipos, tales como cargas horizontales de viento o
las debidas a contracción y temperatura, generan flexión y
deformación de los elementos estructurales que la constituyen. La
flexión del elemento viga es el resultado de la deformación causada
por los esfuerzos de flexión debida a la carga externa.

48. 6. LOSAS

49. Las losas, placas de entrepiso o planchas son los elementos rígidos
que separan un piso de otro, construidos monolíticamente o en
forma de vigas sucesivas apoyadas sobre los muros estructurales. Las
losas cumplen funciones arquitectónicas y estructurales.
Losas de Entrepiso

50. TIPOS DE LOSAS UNIDIRECCIONALES
LOSAS SEGÚN LA DIRECCIÓN DE SU CARGA.

51. Según el material del que
están construidas o armadas:
- Concreto reforzado.
- Concreto pretensado.
- Apoyadas en madera.
- Lámina de acero.
- Otros materiales.

52. SEGÚN ELVACIADO EN SITIO:ALIGERADAS O MACIZA.
LOSA ALIGERADA
LOSA MACIZAS

53. DIMENSIONADO DE LOSAS DE ENTREPISO
ESQUEMA ESTÁTICO
- Si las losas son uni o bidireccional.
- Si son“losas aisladas” o “losas continuas”.
- Se deben además establecer los tipos de apoyos:
- Simplemente apoyados ( ________ )
- Empotrados ( ________ )
- Libres ( ----------- )
Al respecto cabe aclarar que salvo los apoyos
internos de paños de losas continuas se consideran
como empotramientos, los restantes (incluyendo a
los voladizos) conviene “considerarlos y armarlos”
como apoyos simplemente apoyados.
1. Definir un esquema estatico.

54. ESFUERZOS A FLEXIONY DEFORMACIÓN
Consiste en darle una
altura (d) estimada a la
losa que luego debe ser
verificada durante el
dimensionado. Se hace
en los parametros:
2. PREDIMENSIONADO DE LOSAS
ENTREPISO
h min = lo/35

55. En donde:
- q = carga total que actúa sobre la losa.
- g = carga que actúa sobre la losa en forma permanente.
- p = sobrecarga o carga accidental.
3. DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS
q = g + p ( tn/m²)
La carga permanente “g” está constituida por el peso propio de la losa y de
todos los elementos que están adheridos a ella (cielorraso, contrapiso, piso,
etc.), y se la debe calcular de acuerdo al proyecto. La carga accidental o
sobrecarga es la parte de la carga que puede o no estar sobre la losa y su
valor depende del destino o uso de la losa dentro de la construcción.

56. LOSAS UNIDIRECCIONALES
4. DETERMINACIÓN DE LAS SOLICITACIONES (MOMENTOS)
Estas losas trasmiten los esfuerzos en la dirección de
la menor luz, de modo que su comportamiento es
similar al de las vigas. De este modo los momentos
deben calcularse como si se tratase de una viga de un
ancho unitario de 1m. En la determinación de los
momentos será esencial tener en cuenta el tipo de
apoyo de la losa y su continuidad o no con otras.
AISLADAS

57. CONTINUAS

58. LOSAS BIDIRECCIONALES
AISLADAS
CONTINUAS

59. 4. DIMENSIONADO DE LOSAS
Predimensionada la altura y
obtenidos los esfuerzos
característicos, se debe proceder a
verificar dicha altura y a dimensionar
la armadura resistente. Para eso se
hace uso de la tabla de kh, esta tabla
de coeficientes de concreto
armado.

61. 5. CONSIDERACIONESY RECOMENDACIONES

62. MACIZA
ALIGERADA

63. LOSAS DE CIMENTACIÓN
Una losa de cimentación es una placa
de hormigón apoyada sobre el terreno
que sirve de cimentación que reparte
el peso y las cargas del edificio sobre
toda la superfice de apoyo. Las losas
son un tipo de cimentación superficial
que tiene muy buen comportamiento
en terrenos poco homogéneos que
con otro tipo de cimentación podrían
sufrir asentamientos diferenciales.
- Las mas sencillas son las losas de espesor constante o macizas.
- Existen tambien losas de cimentación aligeradas.
- Calculo es similar al de las losas de entrepiso invirtiendo esfuerzos.
- Se aplican todas las cargas axiales.

64. CLASIFICACIÓN DE LOSAS DE CIMENTACIÓN
MACIZAS
ALIGERADAS
NERVADURA
S

65. CALCULO DE LOSAS DE CIMENTACIÓN
Para poder comenzar el diseño y análisis de una losa de cimentación es necesario conocer:
•Dimensiones de la losa: largo (L) y ancho (B).
•Distancia entre columnas o muros en ambos ejes X yY.
•El valor de las cargas o pesos (P1, P2...Po) a soportar reportan (CM) y (CV).
•Se determina la resultante de las cargas en la losa de cimentacion.
Ya se conocen las dimensiones de la losa solo nos falta conocer el peralte (d), para eso:

66. 7. PAREDES CARGA

67. Las paredes de carga son un tipo de particiones interiores en edificios y tienen
la función estructural de soportar y sustentar el edificio, trabajando a los
esfuerzos de compresión, absorbiendo la carga de los forjados y transmitiendo
los esfuerzos a las cimentaciones. Para realizar su labor estructural, las paredes
que soportan cargas, deben tener espesores mínimos, dependiendo de la
altura de la pared y del material del que están construídas.

68. MATERIALES DE PAREDES ESTRUCTURALES
NATURALES
ARTIFICIALES
OTROS
- Piedras en sillares.
- Piedra braza.
- Piedra baja.
- Piedra bola.
-Tepetate (Piedra)
- Barro Cocido
- Block de Cemento
- Adobe

69. - AGREGADOS Y CARACTERISTICAS
- ESPESOR, ALTURA Y SOPORTES LATERALES
ESPECIFICACIONES TÉNICAS

70. - ANCLAJES Y REFUERZOS

71. - REACCION ESTRUCTURAL
- APERTURA DE HUECOS
Al practicar un hueco en un muro, se están desviando las cargas hacia los extremos,
provocando una sobrepresión en esos puntos críticos y poniendo en riesgo de colapso al
edificio. Esta situación produciría el hundimiento de esa zona y el de las plantas superiores a la
intervenida.Al abrir un hueco en una pared de carga se está debilitando la estructura de esa
pared; por ello es evidente que debe apuntalarse, pero aquí debemos primero saber cuáles son
los elementos que se han de apuntalar, puede ser quizás el forjado superior, el muro o ambos.

72. 8.ARMADURAS
DEFINICIÓN
Las armaduras consisten exclusivamente en elementos
rectos que están conectados en nodos localizados en los
extremos de cada elemento. Por tanto, los elementos de
una armadura se encuentran trabajando en compresión
o en tensión pura, es decir, sin flexión o cortante.

73. CARACTERÍSTICAS
El triángulo es la unidad
geométrica básica de la
armadura; es una forma
única, ya que no se puede
cambiar sin que cambie la
longitud de sus lados aún
cuando las juntas estén
articuladas en ellas.

74. ELEMENTOS
a) Cuerda Superior
b) Cuerda Inferior
c) Juntas o Nodos

75. a) Howe
b) Pratt
c) Warren
TIPOS DE ARMADURAS

76. ESTABILIDAD

77. DEFINICIÓN
Un marco espacial es un sistema de armadura
tridimensional que salva claros en dos direcciones,
cuyos miembros sólo están en tensión o compresión.
9. MARCOS ESPACIALES

78. CARACTERÍSTICAS
Muchas veces en las edificaciones se opta por la utilización
de formas como la mitad de un octaedro o un tetraedro.

79. DIFERENCIA ENTRE ARMADURAS
Y MARCOS ESPACIALES

80. CONEXIONES

81. APOYOS ESTRUCTURALES

82. 10.ARCOS
DEFINICIÓN
Es el elemento constructivo
lineal de forma curvada, que
salva el espacio entre dos
pilares o muros.

83. ELEMENTOSY NOMECLATURA
• Dovelas: Son piezas en forma de cuña que
componen el arco y se caracterizan por su
disposición radial.
• Clave: Es la dovela del centro que cierra el arco.
• Salmeres: Son las dovelas de los extremos y
que reciben el peso de la estructura.
• Intradós: Parte interior de una dovela.
• Trasdós o Extradós: Lo que no se ve por estar
dentro de la construcción.
• La imposta: Es una moldura sobre la cual se
asienta un arco o una bóveda.
• Flecha:Altura del arco que se mide desde la
línea en que arranca hasta la clave.
• Luz oVano:Anchura de un arco.
• Contrafuerte: Muro que rodea el arco.

84. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
La línea de empuje en un
arco es el conjunto de
los esfuerzos resultantes
y el empuje y peso que
cada parte impone en la
parte inmediata inferior.

85. ESTABILIDAD DE LAS CARGAS
ESTABILIDAD EN ARCOS DE MAMPOSTERÍA

86. 11. BÓVEDAS
DEFINICIÓN
Una bóveda es una
estructura arqueada
tridimensional que trasmite a
los soportes sólo esfuerzos
de compresión. En términos
muy simples, una bóveda es
un arco extruido (o rotado)
en una tercera dimensión.Y al
igual que un arco, la bóveda
(tradicionalmente una
estructura de mampostería)
resiste sólo compresión y es
incapaz de resistir tensión.

87. TIPOS DE BOVEDAS
Dependiendo de su forma, las bóvedas son de dos
tipos básicamente: curvada sencilla o cilíndrica, y
doblemente curvada o cúpula.

88. BÓVEDAS CILÍNDRICAS
COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
DISTRIBUCIÓN DE
CARGA
RESISTENCIA
LATERAL

89. CÚPULAS
Una cúpula es un arco de
revolución diseñado (igual que un
arco de mampostería) para resistir
sólo las fuerzas de compresión.

90. ELEMENTOS ESTRURALES
Un elemento importante en las cúpulas, son las
pechinas, que transmiten el peso de la cúpula a pilares,
pilastras o muros, mediante arcos o cúpulas
semiesféricas que los vinculan lateralmente.