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Fuerza vertical compresión

Introducción

FuerVertCompEste tipo de cimiento es el que más se parece a los cimientos del al construcción tradicional. En estos casos, la carga vertical es mucho más importante que la fuerza horizontal o el momento. El cálculo del cimiento se reduce prácticamente a buscar una superficie de contacto que produzca una tensión sobre el terreno menor que el valor llamado tensión admisible.

N / A ≤ sa

siendo

N = carga vertical
A = área en planta del cimiento
sa= tensión admisible del terreno

Fijémonos que en este caso, a diferencia de la fuerza de extracción, no contemplamos en absoluto el rozamiento de las caras laterales del cimiento. La razón es que el cimiento no tiene tendencia a desplazarse. Cuando estiramos, el cimiento es susceptible de moverse hacia arriba, pero cuando empujamos hacia abajo el cimiento no se mueve (el asentamiento no se considera un movimiento que provoque rozamiento). En todo caso si siguiésemos empujando el terreno se rompería, de forma local o de forma generalizada, y obtendríamos el valor de la carga o tensión de rotura. Generalmente el valor de la tensión admisible se obtiene aplicando un coeficiente de seguridad de 3 ó 4 a la tensión de ruptura.


Consideraciones particulares

A pesar de las similitudes, el cimiento de una carga vertical a compresión en una construcción tensada tiene una serie de particularidades que hay que señalar.

  1. En les construcciones tradicionales, el peso propio y las cargas permanentes suelen ser muy importantes. Generalmente más importantes que las sobrecargas. Eso hace que el asentamiento del cimiento sea un factor importante de diseño. Muchas veces es el factor más importante de diseño. Y no solo por la magnitud de la carga, sino por la duración de la misma, lo cual provoca la consolidación del terreno, es decir un asentamiento diferente que hace falta sumar al asentamiento inicial (elástico).
    En las construcciones tensadas, las cargas más importantes son las de nieve y las de viento. Las dos son sobrecargas de corta duración, las cuales no dan tiempo a ninguna consolidación del terreno.
  2. La tensión admisible del terreno es un valor que depende de los datos obtenidos en el estudio geotécnico. En estos estudios hace falta contemplar una profundidad suficiente de terreno a fin de prever capas blandas que puedan provocar asentamientos.
    Los asentamientos en las construcciones tradicionales pueden provocar fisuras o grietas muy importantes, sobretodo si hay asentamientos diferenciales. En las construcciones tensadas los asentamientos (si llega a haberlos) no provocan grietas ni fisuras. Lo que provocarían es un destensado de la estructura, que siempre tiene una reparación más fácil, ya que solo hace falta volverla a tensar. Además los asentamientos diferenciales no tienen ningún significado especial en una estructura tensada.
  3. Por lo tanto, habrá que pensar que muchos de los valores de tensión admisible utilizados para construcciones tensadas están muy (¿demasiado?) por el lado de la seguridad si se aplican a las construcciones tensadas. De hecho, hace falta calcular la tensión admisible del terreno en función de los factores de rotura del terreno (rotura generalizada, rotura local o rotura por punzonamiento) y prescindir bastante de la magnitud de los asientos, sobre todo de los asientos diferentes.

Como valores de referencia podemos utilizar los que nos daba la norma española NBE-AE/88, ya obsoleta tras la aparición de Código Técnico de la Edificación. Hay que notar que la propia norma señalaba que estos valores no garantizan un asentamiento tolerable para la edificación y que hace falta comprobar este apartado en cálculo separado. Ya hemos comentado antes la repercusión mucho menor de este asentamiento en los casos de construcciones tensadas.

Soil natureSoil bearing capacity kg/cm², according to foundation depth in m
00.512≥3
1 Rocks (unaltered, although some small crack is accepted)
Not stratified-40506060
Stratified1012162020
2 Soils without cohesion (consolidated)*
Gravels-456,38
Thick sand--2,53,245
Fine sand-1,622,53,2
3 Soils with cohesion
Hard clay--4
Semi-hard clay--2
Soft clay--1
Very soft clay--0,5
4 Deficient soils
Mud
Organic soilsNormally null resistance, except if some value is defined experimentally.
Non consolidated soils

(*) Observaciones:

a) Los valores indicados se refieren a terrenos consolidados que requieren el uso de pico para removerlos. Para terrenos de consolidación mediana en los cuales la pala penetra con dificultad, los valores anteriores se multiplicaran por 0,8. Para terrenos sueltos, que se remueven fácilmente con la pala, los valores indicados se multiplicaran por 0,5.

b) Los valores indicados corresponden a una anchura de cimiento igual o superior a 1m. Si se trata de anchuras inferiores, la presión se multiplicará por el ancho del cimiento expresado en metros.

c) Cuando el nivel freático se encuentre a una distancia de la superficie de soporte menor a su anchura, los valores de la tabla se multiplicaran por 0,8.


Diseño constructivo

En este caso, también nos tendremos que remitir a la tipología constructiva normal de los cimientos de la construcción tradicional.

Dado que la mayor parte de las veces el elemento que transmite la carga vertical es un elemento metálico (tubo de acero), hará falta diseñar una placa de apoyo encima del cimiento. Esta placa irá fijada al cimiento a través de unos espárragos o conectores. Como la fuerza horizontal es nula estos espárragos o conectores prácticamente no trabajan.

El propio cimiento llevará una armadura en la base, una parrilla que sea capaz de absorber la tracción que generan las bielas de compresión que van desde la placa de apoyo hasta la base del cimiento. Normalmente, por razones de durabilidad, se recomienda colocar una capa de hormigón de limpieza en la base del cimiento, un correcto recubrimiento de las armaduras de la parrilla (más de 5 cm) y un diámetro mínimo de las barras de 14 ó 16 mm.


Ejemplos

Realmente el ejemplo de carga vertical no tiene demasiado interés. Se reduce a calcular la sección en planta del cimiento que produce una tensión de contacto inferior a la admisible, y a decidir una profundidad del cimiento con un mínimo de:

  • 80 cm, profundidad a la cual se considera que ya no afecta la lluvia ni las heladas.
  • La mitad del ancho del cimiento, valor que suele asegurar el comportamiento de la zapata como elemento rígido. (Es cierto, sin embargo, que en casos donde el terreno es muy deformable, puede ser mejor utilizar una zapata menos profunda de comportamiento flexible, pero eso complica mucho más el diseño y queda fuera del alcance de este texto).

Así pues, supongamos un caso donde:

  • carga vertical a cimentar: 30 T
  • terreno: arenoso grueso

Como valor de referencia, según la Norma Básica NBE/AE-88, a una profundidad de un metro, este tipo de terreno tendría una tensión admisible de 3,2 kg/cm². Entonces, la sección en planta del cimiento tendrá que ser igual o superior a

A = Fv / sa = 30 / 32 = 0,938 m²

a = √ 0,625 = 0,97 m ≈ 1 m

h = 0,8 m ≥ (a / 2)

Por lo tanto la zapata será de 1 x 1 x 0,8 m