LOS CIMIENTOS TIENEN POR PRINCIPAL FUNCION COMO DIJIMOS TRANSMITIR LAS CARGAS AL TERRENO FIRME.
Por ello van bajo el terreno y deben tener una altura mínima de 60 cms. y siempre debe llegar a una profundidad mínima (20 cms.) sobre suelo estable, si el suelo estable es más profundo, estos deben de profundizarse –se pueden profundizar con una mezcla de hormigón pobre- (se confecciona hormigón pobre con una mezcla que va desde 2 a 3, 5 sacos de cemento x m3).
El tipo de cimiento, las dimensiones de este, la profundidad y diseño dependen fundamentalmente de dos aspectos que se conjugan.
El diseño de la construcción (magnitud de cargas estructurales) y el tipo de suelo o resistencia de éste, además se integra un tercer elemento que puede incidir en el diseño o elección del sistema y ese es la profundidad de las napas freáticas o aguas subterráneas.
CIMIENTOS SUPERFICIALES
Zapatas de hormigón armado, utilizados para edificios en zonas cuya superficie no presenta dificultades especiales. Estos cimientos consisten en planchas de hormigón situadas bajo cada pilar o zona de carga de la estructura
Cimientos más económicos son las fundaciones de hormigón corrido, estos pueden ser sencillos o armados (pueden ser una versión continua de las zapatas de fundación bajo los muros de carga).
En nuestra realidad constructiva los cimientos corridos o fundaciones corridas son la solución más utilizada en obras de construcción civil, edificios y viviendas y a su economía se le suma el uso en muchos de ellos el uso de Bolón desplazador generalmente hasta en un 20% de su volumen ya que en su interior el trabajo que se produce es casi solamente a compresión se le incorpora en su postura al moldaje, bolones con un diámetro máximo determinado según los anchos de las fundaciones.
Una alternativa utilizada en conjunto con las zapatas o fundaciones corridas son los poyos de fundación
Estos pueden ser igual a las zapatas ya sea independiente del resto de la estructura o unida mediante vigas de fundación, y pueden ser de dimensiones considerables en grandes obras generalmente son utilizadas en sistemas de fundación en conjunto con otras soluciones.
Los poyos de fundación pueden ser pueden ser muy pequeños también utilizados en conjunto con sistemas de fundación de diferentes tipos de soluciones y pueden ser utilizados casi como solución única si las cargas y resistencia del suelo lo determinan serán armados.
Existe la alternativa de poyos de fundación aislados y sin armadura para estructuras pequeñas y muy livianas con un suelo que lo permita.
Distintos poyos de fundación
Los cimientos de losa continua se suelen emplear en casos en los que las cargas del edificio son tan grandes y el suelo tan poco resistente que las zapatas por sí solas cubrirían más de la mitad de la zona de construcción. Consisten en una losa de hormigón armado, que soporta el peso procedente de los soportes. La carga que descansa sobre cada zona de la losa no es excesiva y se distribuye por toda la superficie.
En las cimentaciones bajo edificios de gran envergadura, las cargas se pueden repartir por medio de nervaduras o muros cruzados, que rigidizan la losa.
Cimientos profundos
Los pilotes se emplean sobre todo en zonas en las que las condiciones del suelo próximo a la superficie no son buenas. Están fabricados con madera, hormigón o acero y se colocan agrupados en pilares.
Los pilotes se introducen a determinada profundidad dentro de roca o suelo y cada pilar se cubre con una capa de hormigón armado. Un pilote puede soportar su carga tanto en su base como en cualquier parte de su estructura por el rozamiento superficial. La cantidad de pilotes que debe incluirse en cada pilar dependerá de la carga de la estructura y la capacidad de soporte de cada pilote de la columna. Los pilotes de madera o vigas son troncos de árboles, con lo que su longitud resulta limitada. En cambio, un pilote de hormigón puede tener una altura aceptable y se puede introducir por debajo del nivel freático.
En edificios muy pesados o muy altos se emplean pilotes de acero, llamados por su forma pilotes en H, que se introducen en la roca, a menudo hasta 30 m de profundidad. Con estos pilotes se alcanza más fácilmente una mayor profundidad que con los pilotes de hormigón o madera.
Los pilotes son utilizados en una variante a las fundaciones en mejoramientos de suelos para recibir fundaciones en sistemas tradicionales. Se hincan a cierta distancia uno de otros para comprimir una zona determinada y mejorar la capacidad del suelo.
Los cimientos de zapatas rígidas se emplean cuando hay un suelo adecuado para soportar grandes cargas, bajo capas superficiales de materiales débiles como turba o tierra de relleno. Un cimiento de zapatas rígidas consiste en unos pilares de hormigón construidos en forma de cilindros que se excavan en los lugares sobre los que se asentarán las vigas de la estructura. Estos cimientos soportan las cargas del edificio en su extremo inferior, que suele tener forma de campana.Nivel freático. La construcción de los cimientos puede complicarse debido a la existencia de agua subterránea por encima del nivel previsto para los cimientos. En estos casos, los laterales de la excavación pueden no estar seguros y derrumbarse. La operación de bajar el nivel del agua por bombeo requiere la instalación previa de planchas entrelazadas en los lados de la excavación para evitar derrumbamientos. Cuando la cantidad de agua en una excavación es excesiva, los métodos de bombeo ordinarios, que extraen a la superficie tierra suelta mezclada con agua, pueden minar los cimientos de edificios vecinos. Para evitar los daños que puede causar el drenaje al remover el suelo, se emplean sistemas de puntos de drenaje y desagüe. Los puntos de drenaje consisten en pequeñas picas o tuberías con un filtro en uno de sus extremos, y se introducen en el suelo de modo que el filtro, que impide que la tierra entre junto con el agua, quede bajo el nivel del agua
Sobrecimientos
Los sobrecimientos tienen dos funciones principales, la primera es aislar al resto de la construcción de la humedad del terreno, y la segunda es dar un nivel terminado horizontal a la fundación y a los futuros pavimentos, absorbiendo las diferencias de nivel del terreno.
Para lograr lo primero el sobrecimiento se eleva del nivel de terreno lo suficiente de acuerdo a la necesidad por lo menos más de 15 cms. y normalmente 30 cms.
Se construye con un hormigón más compacto y poco poroso –para evitar que suba la humedad por el- .
Los hormigones son más compactos mientras su dosificación es más rica en cemento, además de cumplir con otras condiciones en cuanto a granulometría de los áridos que lo componen.
La dosificación mínima para un sobrecimiento debiese ser de 212,5 kg. Cemento x m3 de hormigón. (5 sacos), a diferencia de cimientos que pueden confeccionarse desde 4 sacos 170 kg. X m3.
Muros de albañilerías
Para construir un muro de albañilería que se comporte como un todo estructuralmente y que cumpla con las condiciones mínimas requeridas para un muro, protección de agentes atmosféricos, abrigo, estabilidad y permeabilidad etc. debemos unir módulos más pequeños, los LADRILLOS.
Existe una gran cantidad de formas de unión de esos ladrillos, la manera como se unen esos ladrillos se denomina APAREJO.
Nomenclatura de las partes de un ladrillo (según terminología española)
Aparejos
Aparejo es la ley de traba o disposición de los ladrillos en un muro, estipulando desde las dimensiones del muro hasta los encuentros y los enjarjes, de manera que el muro suba de forma homogénea en toda la altura del edificio. Algunos tipos de aparejo son los siguientes: Aparejo a sogas: los costados del muro se forman por las sogas del ladrillo, tiene un espesor de medio pie (el tizón) y es muy utilizado para fachadas de ladrillo cara vista. Y es el que mas encontramos y utilizaremos en Chile.Aparejo a tizones o a la española: en este caso los tizones forman los costados del muro y su espesor es de 1 pie (la soga). Muy utilizado en muros que soportan cargas estructurales (portantes). Aparejo inglés: en este caso se alternan hiladas en sogas y en tizones, dando un espesor de 1 pie (la soga). Se emplea mucho para muros portantes en fachadas de ladrillo cara vista. Su traba es mejor que el muro a tizones pero su puesta en obra es más complicada y requiere mano de obra más experimentada. Aparejo en panderete: es el empleado para la ejecución de tabiques, su espesor es el del grueso de la pieza y no está preparado para absorber cargas excepto su propio peso. Aparejo palomero: es como el aparejo en panderete pero dejando huecos entre las piezas horizontales. Se emplea en aquellos tabiques provisionales que deben dejar ventilar la estancia y en un determinado tipo de estructura de cubierta. Alguno de los aparejos más utilizados son los siguientes:
Aparejo a Sogas:
Aparejo tipo inglés:
Aparejo De cabeza o Tizón
Aparejo Pandereta
Aparejo Palomero
Cada una de las líneas horizontales de los aparejos se denominan HILADAS.Cada HILADA se une horizontalmente con otra hilada por medio de una mezcla de hormigón, arena y cal (no siempre esta última), esta línea de unión de mortero de pega se denomina TENDEL. La unión vertical entre las cabezas (o testas) de los ladrillos se denomina LLAGA.
La misión del tendel es –aparte de unir cada línea de ladrillos- permitir el perfecto asentamiento de un ladrillo con otro evitando así deformaciones que harían que los ladrillos no trabajaren a compresión generándose puntos donde no existiría apoyo y terminarían quebrándose por trabajo a la flexión.
La misión de la llaga aparte de unir los elementos horizontales, es evitar que entre humedad, por vía entre ladrillos.
Muros y tabiquería
MUROS: son muros resistentes o portantes, es decir aparte de sostener su propio peso son capaces de recibir y traspasar cargas (vivas o muertas) de otros componentes de la construcción (por ejemplo entrepisos o techumbres cargas muertas; sismos o vientos cargas vivas)
TABIQUES: Los tabiques son muros sin compromiso estructural, es decir son autosoportantes, pero no capaces de resistir las cargas a que son sometidos los muros.
EL ESCANTILLON (o descantillón).la altura de cada hilada UN LADRILLO MAS UN TENDEL toma importancia cuando el ladrillo quedara a la vista. Las hiladas deben coincidir para determinar alturas antepechos y vanos, dinteles de puertas y ventanas, fondos de vigas y cadenas.
También debemos preocuparnos de la dimensión de la llaga, que influye en la distribución de los ladrillos en sentido horizontal, distribución que debemos manejar al momento de diseñar, para determinar largos de muros y recintos, dimensiones de vanos 8puertyas y ventanas).
Cuando los muros serán estucados pierde importancia la exactitud y distribución de la llagas, pero es preciso determinar en escantillón para desarrollar las alturas de vanos y de elementos estructurales como vigas y cadenas.
A partir de estos conceptos aparece el ESCANTILLÓN VERTICAL Y ESCANTILLÓN HORIZONTAL.
Toma estos nombres no solo la obra sino también los planos destinados a representar esa distribución, siendo estos unos cortes constructivos a escala 1/20 o 1/25 generalmente.
EJEMPLO DE ESCANTILLÓN VERTICAL
Techumbres
Techumbre es la parte superior de una estructura o edificio, la parte que corona y separa el interior del exterior y su función es proteger el interior y el propio edificio de la intemperie, del frio, viento y lluvia o nieve por su cara superior es decir a diferencia de la paredes tiene un gran componente de protección horizontal.
La techumbre se compone fundamentalmente de dos partes:
LA CUBIERTA Y
LA ESTRUCTURA DE TECHUMBRE
Para referirnos más a las techumbres debemos conocer las componentes y las denominaciones de esos componentes.
Uno de los términos más usados es el agua o vertiente de la techumbre, esta es la parte plana e inclinada que permite que escurra por ella las agua lluvias -a partir de esa denominación existen techos a un agua, dos aguas, cuatro aguas-y su grado de inclinación es la pendiente.
Esa pendiente puede ser expresada en grados o en porcentaje y si bien es cierto que es muy usual hablar de grados es bueno tener en cuenta que en obra es más fácil y práctico para la etapa constructiva tener los datos da las techumbres en porcentaje.es decir se expresa en que porcentaje sube la techumbre por cada 100 cms. de la horizontal.
Cuando las vertientes o aguas tienen forma triangular se denominan faldón.
Parte importante de las techumbres son la aristas o líneas de encuentro entre vertientes o aguas y estas reciben distintas denominaciones según su característica o función.
Las más altas y horizontales formadas por el encuentro de dos aguas se denomina Línea CUMBRERA o CABALLETE.
Las inclinadas se denominan LIMAS y entre estas están las LIMATESAS que son las de encuentros salientes o convexo, a partir de ellas el agua escurre alejándose de ellas y las LIMAHOYA que son las de encuentro interior o convexo hacia ellas escurren las aguas por lo que deben contener normalmente una canal receptora evacuadora de las aguas lluvias.
La cubierta
La cubierta de una techumbre es el material de terminación es el manto que está a la intemperie y que debe ser prioritariamente una barrera a los agentes externos principalmente el agua lluvia y este normalmente debe ser adosado fijado a la estructura de la techumbre a veces directamente a la estructura madre y la mayor de las veces a una subestructura menor e intermedia denominadas estas como costaneras, estas costaneras van transversales a la estructura que esta inmediatamente debajo de estas y a las cuales estas se fijan.
Existen muchos materiales de cubierta, desde los pequeños que se van disponiendo modularmente como las tejuelas y tejas, elementos intermedios y casi sin industrialización como palmetas de piedra pizarra, elementos industrializados como planchas de distintos materiales y formas y láminas que se despliegan.
Según las características, dimensiones y resistencias de estos materiales de cubierta se determina como se disponen los elementos a recibir su fijación y peso.
Van así desde elementos que necesitan una distancia uniforme y tan seguida (como las tejuelas asfálticas y las planchas de acero galvanizado lisas) que hace recomendable que el elemento que recibe o costaneras se convierta en un elemento continuo pasa a ser entonces un entablado o planchas continuas para recibir la cubierta y elementos más distanciados, (por ejemplo tejuelas de acero estampado) que solicitan costaneras cada 40 cms. y va aumentando el distanciamiento de las costaneras según la resistencia del elemento de cubierta para soportar su propio peso y las sobrecargas de uso y carga muerta. llegando a existir costanera para planchas de metal industrializadas que pueden ir a 2 mts y mas.
ESTRUCTURA DE TECHUMBRE
La estructura resistente de una techumbre es la destinada a soportar sobre si la cubierta y a otros posibles materiales como aislaciones y todas las solicitaciones del conjunto, llevando esas solicitaciones y cargas a los muros portantes.
la mayor cantidad de estructuras de techumbre se han resuelto históricamente con madera incluyendo las mayoritariamente las viviendas y dejando otros materiales como el acero para obras más grandes y de mayor necesidad de preservación en le tiempo materiales como hormigón armado.
Las formas como se puede construir la estructura de una techumbre son variables pero entre las principales y más usadas están las Cerchas y los tijera
El concepto de cerchas
E l concepto de cercha es el de una estructura reticulada, triangulada normalmente con dos puntos de apoyo –ISOSTATICA– que representa un conjunto cerrado de esfuerzos, lo que la hace estructuralmente independiente autosustentable y se debe conectar al resto de la estructura para que reciba las cargas.
Esta independencia estructural la hace fácilmente construible y prefabricable siendo una alternativa optima para construcciones de madera de luces de hasta 8 mts. y en estructuras metálicas en luces mucho mayores y son rápidas en confeccionar y montar sobre las estructuras portantes.
El principio fundamental de las cerchas es unir elementos rectos para formar triángulos. Esto permite soportar cargas transversales, entre dos apoyos, usando menor cantidad de material que el usado en una viga, pero con el inconveniente de que los elementos ocupan una altura vertical considerable., LOS ESFUERZOS SON LLEVADOS A LOS NUDOS Y LAS PIEZAS TRABAJAN NORMALMENTE A LA TRACXION EVITANDO FLEXIONES.
Bases del funcionamiento de las cerchas
Como se ve en la figura anexa, la unión entre dos puntos puede hacerse con un arco lineal formado por dos elementos inclinados a compresión (figura a), restringidos por dos apoyos que le dan el empuje para que no se abran; el empuje horizontal puede reemplazarse por un tensor que una los dos elementos inclinados, con lo que se libera a los apoyos del empuje hacia fuera, figura (b). También puede soportarse la carga con dos tensores y un elemento horizontal a compresión, figura (c). Este caso es más escaso pues debe tenerse espacio libre debajo para desarrollar los tirantes. Esta disposición triangular permite soportar una carga fácilmente, con una deflexión muy pequeña si se la compara con la de una viga de igual luz. La viga permite sin embargo usar una altura transversal pequeña.
Si las cargas se aplican exclusivamente en los nudos (figura b), como es lo usual, no se produce la flexión que se presenta (figura a) en los arcos cuando se aplican cargas concentradas. En cerchas de cubiertas en las cuales las cargas son livianas es común aceptar que las cargas no se apliquen en los nudos, pero deberá evaluarse la combinación de efectos de flexión y compresión. Figura Flexión por cargas interiores vs. cargas en los nudos En general en las cerchas cuando se aplican las cargas en los nudos solo se presentan fuerzas internas de tipo axial que se reparten de manera semejante a lo presentado en las vigas; los miembros de la cuerda inferior están a tensión y los miembros de la cuerda superior a compresión.
Cercha de cuerdas paralelas
En los miembros de la cuerda superior a compresión se pueden presentar problemas de pandeo que conducen a problemas de inestabilidad lateral. Es necesario entonces aumentar el momento de inercia de la sección y controlar la longitud de ellos, mediante miembros secundarios adicionales, para evitar fallas prematuras y súbitas por pandeo. En la mayoría de los casos es necesario colocar dos cerchas en paralelo y arriostrarlas para controlar la inestabilidad (ver figura 1). Los miembros a tensión no presentan esos comportamientos y su resistencia dependerá de la sección, del material y la bondad de las uniones, que les permitan llegar a su capacidad máxima.
Figura 2 Viga Vierendeel de acero usada en puente peatonal
En muchas aplicaciones cuando las cargas no son muy grandes se suprimen los diagonales, para formar la denominada viga Vierendeel. La estabilidad de ésta se obtiene mediante uniones rígidas en los nudos, resistentes a momento, por lo que es necesario usar materiales como el acero o el concreto, que permiten realizar uniones rígidas, soldadas o monolíticas, fácilmente.
Figura 3 Cercha de madera estructural usada en techos
En las cerchas livianas usadas para techos los materiales más usados para su construcción son el acero, la madera estructural, y el aluminio. En estas estructuras las uniones de los miembros son las partes más críticas en su construcción. En el caso del acero se hacen soldadas, o con pernos y cartelas. En madera se realizan con pernos o puntillas.
Figura 4 Uniones de doble cortante mediante pernos
Para mejorar la eficiencia de las uniones con pernos y aumentar el área de contacto del perno con la madera, en los países donde existe una producción industrial de estructuras de madera, se usan anillos suplementarios de acero o placas
Existen numerosas clasificaciones de las cerchas según su inventor o propagador: Pratt, Howe, Warren; y según su forma: dientesierra, tijera, tipo K.
clasificación de cerchas según su forma
tipos de cerchas según su inventor
En los textos de Ingeniería estructural y Estática se presentan los diferentes métodos de análisis de las cerchas: método de los nudos, método de las secciones, usados con el fin de determinar las fuerzas internas de tensión o compresión de los miembros, que el estudiante de ingeniería civil lector de estas conferencias ya debe conocer.
Aún se presentan en algunos textos los métodos gráficos basados en el «diagrama de Cremona», empleados por algunos profesionales: ingenieros y arquitectos para el análisis de cerchas sencillas usadas en techos yque aún son un buen recurso para enseñanza en las facultades de arquitectura y construcción, donde los estudiantes carecen de formación matemática para manejar los métodos matriciales modernos. En ingeniería civil se manejan los métodos matriciales de análisis basados en el concepto de la rigidez, que emplean la gran capacidad y rapidez de hacer operaciones de los computadores.
Definición de tijeral
Tijerales son las vigas que nacen de las soleras de los muros y que se unen en la quilla o viga maestra de una construcción civil, conformando la estructura sobre la que irá la techumbre. Su nombre proviene de tijera, que en arquitectura, es el cuchillo que sostiene la cubierta de un edificio y este a su vez del término tijera que se usaba en carpintería en el siglo XVIII, para definir a dos maderos atravesados en forma de aspa o cruz de San Andrés.
Pero como concepto constructivo-estructural podemos decir que es una estructura formada por un conjunto de piezas que colocadas verticalmente sobre los muros y apoyadas en sus extremos sostiene la cubierta de una techumbre.
Las piezas resistentes permiten distribuir las cargas y solicitaciones a las estructuras portantes soportando solicitaciones de tracción compresión y flexion , las cargas pueden no estar aplicadas en los nudos como en las cerchas y pueden tener varios apoyos conformando una estructura HIPERESTATICA, pudiendo conformar una innumerable cantidad de formas y figuras por lo que generalmente son utilizados para solucionar sistemas de techumbres más complejos que los que son posible solucionar con las cerchas.
Autor:
Profesor Luis Sanhueza
Curso Edificación 1
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