Cimentacion Final

CIMENTACIÓN ACUÁTICA DE CONCRETO

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Ma. Catalina Becerra González

Natalia Cuellar Salinas

Luisa Fernanda Díaz Bernal

Camilo Andrés González Ayala

Asignatura: Materiales

Presentado a: Ingeniero Pedro Nel Quiroga Saavedra

ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

17 de Mayo del 2015

Bogotá D.C


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3

1. OBJETIVOS ................................................................................................................................. 4

1.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 4

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................... 4

2. MARCO TEORICO ...................................................................................................................... 5

3. DISEÑO DE CIMENTACIÓN ..................................................................................................... 7

3.1 FORMA ................................................................................................................................... 7

3.2 MEZCLA DEL CONCRETO ................................................................................................ 9

4. RESULTADOS ........................................................................................................................... 12

5. ELABORACIÓN ......................................................................................................................... 13

6 INCONVENIENTES .................................................................................................................... 14

6.1 GRIETAS .............................................................................................................................. 14

6.2 PLACA .................................................................................................................................. 14

6.3 FORMA DE CONO TRUNCADO ...................................................................................... 15

6.4 FORMALETA ....................................................................................................................... 16

7. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 17

8. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 18


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INTRODUCCIÓN

A lo largo de los años se han desarrollado nuevas técnicas en cuanto a la

construcción, uno de esos avances, se ha desarrollado quizá en la parte más

importante de la construcción, la cimentación. Se define como cimentación a la parte

inferior de una estructura que penetra en el suelo para transmitir las cargas

estimadas de la construcción: las permanentes, las propias de edificio y las

accidentales. En este informe se trabajara sobre una cimentación flotante, la cual

tiene como característica, debido al suelo en el que se va a trabajar, diseñar un

elemento o placa maciza o aligerada capaz de soportar las cargas y distribuirlas

uniformemente debido al estudio de suelos. Como nuestro “suelo” se trata

simplemente de agua, y se asume que el fondo está a gran profundidad, se debe

diseñar una cimentación que a partir del principio de Arquimedes, pueda flotar

debido a la fuerza de empuje, y que además pueda soportar cierta cantidad de carga

dispuesta a colocar (según su uso), sin caerse debido a fuerza de arrastre, hundirse

o agrietarse, para así proporcionar seguridad, el factor más importante quizá,

cuando se va a diseñar una estructura de cualquier tipo o para cualquier uso.


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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un elemento de concreto de peso normal, sin el uso de agregados

livianos ni adiciones livianas como icopor, que sirva de cimentación flotante

en agua a 5 elementos de acero de aproximadamente 3 kg cada uno (16 kg

aprox. en total), colocados unos sobre otro.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Dimensionar un elemento que pueda flotar en el agua de acuerdo al principio

de Arquímedes.

Diseñar una mezcla de concreto que además de ser liviana, obtenga la mayor

resistencia posible para soportar los elementos a colocar.

Obtener la menor relación peso del elemento – peso aplicado para reducir

costos y material y utilizado.


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2. MARCO TEORICO

La cimentación es la parte estructural de un edificio, se encargan principalmente

de transmitir las cargas al terreno, la finalidad de la cimentación es sustentar

estructuras que garantizan la estabilidad y evitando daños a los materiales

estructurales y no estructurales, teniendo en cuenta diferentes factores como la

resistencia del terreno, las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden,

tales como el efecto del viento.

La cimentación debe estar proyectado contemplándose diferentes variables, para

evitar agrietarse, hundirse, inclinarse o colapsar, debe tener la suficiente

resistencia para soportar el peso del edificio teniendo en cuenta que este debe

tener pilares, vigas, paredes entre otras.

La correcta clasificación de los materiales del subsuelo es un paso importante para

cualquier trabajo de cimentación, porque proporciona los primeros datos sobre las

experiencias que puedan anticiparse durante y después de la construcción.

TIPO DE CIMENTACIONES Y MODO DE CONSTRUCCIÓN.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Zapatas

Una zapata él una ampliación de la base de una columna o muro que tiene por

objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades

del suelo. A las zapatas que soportan una sola columna se llaman individuales o

zapatas aisladas. La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata

corrida o zapata continua. Si una zapata soporta varias columnas se llama zapata

combinada. Una forma especial de zapata combinada que se usa normalmente en

el caso que una de las columnas soporte un muro exterior es la zapata en

voladizo.

Losas de cimentación

Consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendido a una

superficie tal que, tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola sobre el

área de la placa no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante


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admisible. Para edificios pequeños el espesor de losa puede estar comprendido entre 15 y

22.5 cm y para edificios algo mayores se usan espesores de losa, comprendidos entre 22.5

y 37.5 cm.

Placa flotante

Se utiliza cuando los terrenos son muy malos y no hay necesidad de colocar

pilotes o el terreno firme está a demasiada profundidad y no justifica el costo.

Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio

bastante, puede suceder que el lote de que se dispone no tenga un área

suficiente para albergar una losa de cimentación que distribuya la carga; en tal

caso, se sugiere construir un cimiento que, a la manera de un barco, flote sobre el

suelo. Si el suelo excavado tiene un peso aproximado al del edificio que se le

dispone encima, se comprende que el incremento de presión sufrido en el plano

de cimentación sea casi nulo. Se debe recordar que cuanto mayor es la

profundidad, el suelo que allí se encuentra está más comprimido y por lo tanto

mayor es su capacidad portante.

CIMENTACIONES PROFUNDAS:

Pilotes

Son cimientos aislados que su forma es prismática, con base de polígonos, regulares y circulo, está compuesto de cabeza, cuerpo y punta. Se usan en terrenos de baja capacidad portante (mala resistencia del terreno a la comprensión) en donde el suelo firme está a gran profundidad; pueden trabajar por fricción o apoyo de punta; pueden ser en concreto o madera; y pueden ser prefabricados o elaborados en sitio.


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3. DISEÑO DE CIMENTACIÓN

3.1 FORMA

Después de investigar e idear varias posibles formas, recurrimos a un diseño en forma de

caja pues no solo era más práctico a la hora de realizar la formaleta, sino que viéndolo

desde el punto de vista del Principio De Arquímedes, habría una mayor área de contacto

con el agua lo que se vería reflejada en un mayor desplazamiento de la misma.

Una vez definido el diseño, se planteaba el problema de las medidas que debía tener, pues

una forma muy grande podría cumplir los requerimientos pero no sería la más óptima en la

relación peso de la estructura/peso que debe resistir, además que el costo sería mucho

mayor.

Por lo tanto las medidas finales fueron las siguientes:

El volumen total fue de: 0,018 𝑚3

De esta manera hicimos uso del Principio De Arquímedes para garantizar

Volumen caja (𝒎𝟑) 0,018

Densidad (kg/𝒎𝟑) 2200

Gravedad (m/𝒔𝟐) 9,8

Elem acero (kg) 16

Wtotal (N) 544,88

EMPUJE

Densidad (kg/m3) 1000

V sumergido (m3) 0,06

Gravedad (m/s2) 9,8

E Total (N) 588


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Donde:

Para garantizar la flotabilidad de la cimentación, el empuje debe ser mayor que el peso total,

el cual incluye peso propio de la cimentación y peso que debe soportar.


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3.2 MEZCLA DEL CONCRETO

a. Asumimos una relación agua/cemento de 0,6 para tener una mezcla más ligera, menos densa que nos permitiera tener una reducción en la densidad final del concreto.

b. También fue necesario asumir un asentamiento de 7cm, pues de esta manera lograríamos obtener una mezcla fluida y manejable que permitiera llenar todos los espacios de la formaleta correctamente.

c. Para la densidad promedio de los agregados, decidimos tomar como parámetro la densidad utilizada en el Laboratorio de Materiales en la elaboración de los cilindros, pues los agregados que utilizamos fueron los mismos.

d. Dado que el agregado grueso tenía un TMN mucho mayor al que requeríamos, debimos hacer un tamizado para obtener el agregado que se adecuaba a nuestra necesidad.

Cantidad de cemento

0.6 =220

𝑘𝑔𝑚2

𝑐

𝑐 =220

𝑘𝑔𝑚2

0.6

𝑐 = 367 𝑘𝑔

𝑚3

𝑎

𝑐= 0.6 𝐴 = 220

𝑘𝑔

𝑚3


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Contenido de agregados

1𝑚3 = (∀𝑐 + ∀𝐴 + ∀𝐴𝑖𝑟𝑒+∀𝐴𝑔)

1𝑚3 = (𝑐

𝜌𝑐+

𝐴

𝜌𝐴+ ∀𝐴𝑖𝑟𝑒+∀𝐴𝑔)

1𝑚3 = (367

2400+

220

1000+

2.0

100+∀𝐴𝑔)

∀𝐴𝑔= 0.61𝑚3

𝜌𝑝𝑟𝑜𝑚𝐴𝑔 = 2639.03

𝜌𝐴𝑔 =𝑚𝐴𝑔

∀𝐴𝑔

𝑚𝐴𝑔 = 𝜌𝐴𝑔 ∗ ∀𝐴𝑔

𝑚𝐴𝑔 = 2639.03𝑘𝑔/𝑚3 ∗ 0.61𝑚3

𝑚𝐴𝑔 = 1609.8 𝑘𝑔

Aproximadamente

𝑚𝑎=1126.9 𝑘𝑔

𝑚𝑔 = 482.94𝑘𝑔

Volumen total para fabricar Cajón flotante

𝑉𝑐𝑎𝑗𝑎 = 0,018 𝑚3

Cantidad de cemento para 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 6.606 𝑘𝑔

Cantidad de agregado fino para 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

1𝑚3 367𝑘𝑔

0,018 𝑚3 𝑥

1𝑚3 1126.9 𝑘𝑔

0,018 𝑚3𝑥 𝑥

𝑐 = 367 𝑘𝑔/𝑚3

𝐴 = 220 𝑘𝑔/𝑚3

𝜌𝑐 = 2400 𝑘𝑔/𝑚3

𝜌𝐴 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3

𝑚𝐴𝑔 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠

𝑚𝑔 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎𝑠

𝑚𝑎 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑠


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𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔 . 𝑓𝑖𝑛𝑜 = 20.3𝑘𝑔

Cantidad de agregado grueso para 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔. 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 = 8.7𝑘𝑔

Cantidad de agua para 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4 𝑘𝑔

Cantidades necesarias

Material Cantidad(Kg)

Cemento 6.606

Ag. fino 20.3

Ag. grueso 8.7

Agua 4

1𝑚3 220𝑘𝑔

0,018 𝑚3 𝑥

1𝑚3 482.94𝑘𝑔

0,018 𝑚3 𝑥 𝑥


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4. RESULTADOS

El resultado final el día de la prueba fue que nuestra cimentación aunque tenía

algunas pequeñas filtraciones de agua, resistió las placas y el ladrillo requerido

durante los 10 minutos de la prueba.

Pasados los 10 minutos, la pusimos a prueba poniéndole más peso, al final a parte

de los 16kg reglamentarios, resistió 4 ladrillos más, cuyo peso unitario era de 2300

gr, para un total aproximado 25 kg.

Figura. Cimentación con peso reglamentario Figura. Cimentación con peso extra


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5. ELABORACIÓN

Llenar la formaleta con la mezcla

Desencofrar y reparar la cimentación

Formaleta realizada en madera aglomerado

Realizar la mezcla


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6 INCONVENIENTES

6.1 GRIETAS

Nuestra formaleta estaba diseñada en madera; cuando terminamos de fundir, lo

dejamos en la universidad un fin de semana mientras pasaban unos 3 días antes de

poder desencofrar. No tomamos la precaución de dejarlo en un lugar alto, lejos del

alcance del agua. Ese mismo fin de semana llovió tanto que se encharcó la zona en

la que habíamos dejado la formaleta, esto ocasionó que la madera absorbiera el agua

y se expandiera generando grietas en la cimentación.

En una primera instancia pensamos la posibilidad de tener que volver a realizar todo

el proceso, pero pensamos también la opción de resanar las grietas, el proceso para

repararlo fue el siguiente:

a. Sellamos por fuera con silicona. b. Hicimos una mezcla lechosa de cemento y agua y la fuimos inyectando

con jeringas. c. Sellamos de nuevo con silicona por dentro y por fuera. d. Utilizamos un alambre que sirviera de amarre y le diera mayor estabilidad

garantizando que no se abrieran más.

6.2 PLACA

Para colocar las pesas una sobre otra necesitamos hacer una placa delgada de 2 cm

para posteriormente pegarla con mortero sobre el cajón ya antes mencionado, la

mezcla la hicimos 4 días antes del concurso, usamos como formaleta las mismas

tablas de madera que usamos para el cajón y desencoframos el día anterior del

concurso. Nuestro inconveniente fue que apenas desencoframos la placa delgada se

rompió en pedazos y no era posible repararla, esto pudo ser debido a que esta no

tenía refuerzo o la mezcla quedo mal hecha.


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6.3 FORMA DE CONO TRUNCADO

Como una segunda opción en cuestión de forma, escogimos un cono truncado de 20

cm de alto con un diámetro de 30 cm que haciendo los cálculos de empuje este era

mayor con relación al peso de la estructura, nuestros inconvenientes fueron:

a. como formaleta usamos un balde mostrado en la figura y para llenarlo debíamos

pañetar dentro del balde, la mezcla no nos quedó muy manejable y fue muy

complicado darle el espesor que habíamos diseñado por lo que al desencofrar

teníamos espesores de 5 cm y una altura menor a 20 cm por lo que se fue al fondo

apenas lo probamos en la piscina.

b. La malla que utilizamos fue demasiado delgada y el concreto no se adhería a ella,

en vez de ayudarnos a que el concreto mantuviese su forma fue un obstáculo a la

hora de fundir.


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6.4 FORMALETA

En principio nosotros teníamos la idea de pañetar una madera delgada y no removerla

entonces compramos una madera muy delgada de 3mm de espesor e hicimos

nuestra formaleta pegándole palos de balso, luego al analizar que pañetar era un

poco complicado y no tan óptimo para tener un espesor homogéneo para todo el

cajón, decidimos hacer un cajón más pequeño para acomodarlo dentro del cajón mas

grande para que de esta manera pudiéramos llenarla y obtener el espesor requerido,

el inconveniente fue la madera demasiado delgado pues cuando estábamos

fundiendo se pandeaba e incluso la formaleta se despegó por la fuerza que ejercía

el concreto sobre la pared delgada de madera.


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7. CONCLUSIONES

Para hacer una formaleta es necesario tener en cuenta el material, la manera en la

que se va a fundir y la manera en cómo se retirara la formaleta , el material por que

el concreto no es liviano y puede deformar la formaleta y no obtener lo que realmente

necesitamos , debemos prever como se va a fundir el concreto y si nuestra formaleta

es eficaz para lo que queremos hacer y por último la manera en que se retirara ,

nosotros tuvimos inconvenientes para desencofrar pues la formaleta tenía muchos

tornillos y la madera muy gruesa para salir fácilmente entonces tuvimos que romper

la madera y eso nos llevó a tener varios inconvenientes.

La manejabilidad del concreto es un factor muy importante, aunque nosotros

queríamos una relación agua cemento baja para tener una mayor resistencia lo que

nosotros debimos mirar primero era la manejabilidad de este por ejemplo para

pañetar, esta fue una de las casusas por las que el cono truncado no funciono.

El curado es un factor muy importante y el desencofrar en el tiempo indicado también

lo es, nuestra placa delgada tubo esos dos problemas, no la hicimos a tiempo para

curarla y la desencoframos demasiado pronto, por esta razón su resistencia fue nula.

Para diseñar una cimentación flotante lo que se debe tener en cuenta es la geometría

de esta y para esto se debe aplicar muy bien el principio de Arquímedes para saber

si el empuje que genera el agua sobre la cimentación es mayor a su peso.

La elaboración de la mezcla puede traer complicaciones si no se realiza de manera

correcta, las condiciones climáticas , la inexactitud del peso del material, el no calcular

el desperdicio y no haber diseñado previamente la mezcla son factores que afectan

la calidad del concreto.

La estabilidad fue un problema bastante común cuando veíamos las cimentaciones

en el concurso, estas probadas fuera del agua resistían perfectamente el peso

requerido pero en el agua se comportaban de manera muy diferente.

Existen varias estructuras en el mundo que luego de ser reparadas funcionan muy

bien, este es uno de los trabajos de un ingeniero, idearse la manera de preservar la

vida de una estructura y que esta siga su funcionamiento eficazmente, y esto fue lo

que hicimos con nuestra cimentación, la reparamos , no la desechamos y al final

resistió aún más de lo que habíamos calculado.


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8. BIBLIOGRAFIA

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/102803/MODULO_ACADEMICO/l

eccin_7_cimentacin.html

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/102803/MODULO_ACADEMICO/leccin_7_cimentacin.html

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/102803/MODULO_ACADEMICO/leccin_7_cimentacin.html

Cimentacion Final

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