Fundamentos de Ingeniería Estructural: Cartelas, Hormigón y Diseño de Cimentaciones

Uso y Función de las Cartelas en Uniones Pilar-Dintel

Explica detalladamente con los esquemas que sean necesarios el motivo para introducir cartelas en la unión pilar-dintel y de qué depende su longitud.

Se opta por introducir cartelas (o ménsulas) en las uniones cuando la estructura presenta un alto momento flector en la base (cimentación) y se desea reducir el momento flector transmitido en la unión pilar-dintel.

La mayoría de las veces, la unión viga-pilar se diseña como una articulación que no soporta momentos. Esta configuración implica que los momentos flectores se concentren y sean muy grandes en la cimentación.

Al incorporar una cartela en la unión viga-pilar, esta pasa a considerarse una unión rígida, capaz de soportar y transmitir momentos. Esto resulta en una reducción significativa de los momentos flectores que llegan a la base de la estructura.

(Nota: La longitud de la cartela depende del momento flector que se desea absorber y de las especificaciones normativas de rigidez requerida para la unión.)

Componentes Esenciales del Hormigón y sus Funciones

Nombra los distintos componentes del hormigón y su principal función.

• Cemento

  Es un conglomerante hidráulico que, al mezclarse con agua, experimenta el proceso de fraguado (endurecimiento) tanto en contacto con el aire como sumergido. Su principal función es actuar como aglutinante.

  Definición de Fraguado: Es el tiempo que tarda la pasta de cemento en perder su plasticidad y comenzar a endurecerse, dejando de considerarse un componente líquido.

• Agua de Amasado (o de Hidratación)

  Provoca las reacciones químicas necesarias durante el fraguado, dando lugar a los compuestos hidratados que forman la red cristalina del hormigón endurecido. La cantidad de agua es crucial, ya que afecta directamente la resistencia y la trabajabilidad (relación agua/cemento).

• Áridos

  Incluyen la arena (árido fino) y la grava (árido grueso). Constituyen el esqueleto resistente del hormigón, aportando volumen, estabilidad dimensional y resistencia a la compresión.

• Aditivos

  Son productos químicos que se añaden en pequeñas dosis al hormigón fresco (generalmente disueltos en el agua de amasado) con el objetivo de modificar o mejorar determinadas características, como el tiempo de fraguado, la trabajabilidad o la resistencia.

Diferencias y Aplicación de Cimentaciones Profundas y Superficiales

Casos en que la Cimentación Profunda es Superior

¿En qué casos una cimentación profunda trabaja mucho mejor que la superficial y por qué?

Una cimentación profunda trabaja mejor que una superficial en las siguientes situaciones:

1. Cuando el estrato de terreno resistente se encuentra a una profundidad considerable (generalmente, más de 5 o 6 metros).
2. Cuando el terreno superficial presenta una baja capacidad portante o soporta una gran cantidad de agua (alto nivel freático).
3. Cuando la estructura debe resistir acciones horizontales significativas (viento, sismo) o momentos de vuelco importantes.

Justificación: Mientras que la cimentación superficial reparte las cargas directamente sobre un plano de apoyo cercano a la superficie, la cimentación profunda (pilotes, micropilotes) transmite las cargas a estratos más competentes mediante fricción lateral y resistencia de punta, asegurando una mayor estabilidad y menores asentamientos.

Tipos de Cimentaciones Superficiales

La cimentación superficial reparte las cargas de la estructura en un plano de apoyo horizontal, cerca de la superficie del terreno. Los tipos principales son:

• Zapatas

  Elementos aislados o combinados que recogen la carga de pilares o muros.

• Emparrillados

  Se utilizan cuando el terreno presenta baja capacidad de carga y elevada deformabilidad, o cuando se esperan asientos diferenciales importantes. Consisten en una red de vigas cruzadas.

• Losas de Cimentación

  Se emplean en condiciones similares a los emparrillados. Además, son esenciales cuando la cimentación debe ubicarse por debajo del nivel freático, ya que su peso y rigidez ayudan a contrarrestar la subpresión (fuerza ascendente del agua).

Datos Geotécnicos Requeridos para el Cálculo de Zapatas

¿Qué datos del estudio geotécnico se necesitan para realizar el cálculo de zapatas?

Para el diseño y cálculo de la zapata, el estudio geotécnico debe proporcionar la siguiente información esencial:

1. Capacidad Portante Admisible (σ adm) del Terreno: Es la presión máxima que el suelo puede soportar sin fallar por cortante ni experimentar asentamientos excesivos.

2. Parámetros de Deformabilidad: Necesarios para estimar los asentamientos (módulo de elasticidad, coeficiente de Poisson).

3. Nivel Freático: Su posición influye en la capacidad portante y en la necesidad de protección de la cimentación.

4. Densidad y Peso Específico del Material: Necesarios para calcular las presiones efectivas y el peso propio de la cimentación.

Nota: Aunque no son datos puramente geotécnicos, para el cálculo final de la zapata también se requieren:

• Las cargas estructurales (axiales, cortantes y momentos) que actúan sobre la zapata.
• La excentricidad de la carga, que afecta la distribución de presiones bajo la zapata.

Tipos de Asentamientos del Terreno y sus Causas

Describe los diferentes tipos de asentamiento del terreno y a qué son debidos.

El asentamiento es el movimiento o deformación vertical descendente que experimenta el suelo bajo la estructura debido al peso de esta.

Asentamientos Diferenciales

Son los movimientos relativos entre diferentes puntos de apoyo de una misma estructura. Son causados por un desequilibrio en los esfuerzos del suelo o por heterogeneidad del terreno, y son la principal causa de daños estructurales.

Clasificación de los Asentamientos

1. Asentamiento Instantáneo (o Elástico)

   Se produce de forma simultánea a la aplicación de la carga. Es predominante en suelos granulares (como arenas y gravas) y en suelos cohesivos no saturados.

2. Asentamiento por Consolidación Primaria

   Es un asentamiento dependiente del tiempo que ocurre principalmente en suelos cohesivos saturados (arcillas). Se debe a la expulsión gradual del agua intersticial (drenaje) del suelo bajo la presión de la carga, lo que provoca una reducción de volumen.

3. Asentamiento por Fluencia (o Consolidación Secundaria)

   Es un asentamiento que ocurre después de que la consolidación primaria ha finalizado. Se debe al reajuste plástico de la matriz del suelo bajo una carga constante. Es un fenómeno inelástico y lento.