Diseño de fundaciones
Para el diseño de fundaciones de torres se tomaran en cuenta todos aquellos Para el diseño de fundaciones de torres se tomaran en cuenta todos aquellos elementos que correspondan a las cargas de servicios de una manera efectiva. elementos que correspondan a las cargas de servicios de una manera efectiva. Los valores de carga y análisis se realizaran de acuerdo a lo establecido en el Los valores de carga y análisis se realizaran de acuerdo a lo establecido en el reglamento Nacional de la Construcción 2007.
reglamento Nacional de la Construcción 2007.
Se presenta a continuación el procedimiento de cálculo estructural de los elemen- Se presenta a continuación el procedimiento de cálculo estructural de los elemen- tos involucrados en el diseño de fundaciones para torres de telefonía celular.
tos involucrados en el diseño de fundaciones para torres de telefonía celular.
I.
I. generalidades generalidades de de diseñodiseño
Para realizar el diseño se definieron los valores de resistencia al rotura
Para realizar el diseño se definieron los valores de resistencia al rotura
yy pesopeso específico específico del del concretoconcreto
el esfuerzo de fluencia del aceroel esfuerzo de fluencia del acero
pesopeso específicoespecífico
y presión admisible del terrenoy presión admisible del terreno
, estos últimos obtenidos a tra-, estos últimos obtenidos a tra- vés de los estudios de mecánica de suelos realizados previamente.vés de los estudios de mecánica de suelos realizados previamente. II.
II. dimensiones dimensiones de de la la fundación.fundación.
Seguidamente se procedió a definir las dimensiones de la fundación, las cuales Seguidamente se procedió a definir las dimensiones de la fundación, las cuales fueron asumidas a criterio del diseñador.
fueron asumidas a criterio del diseñador. III.
III. carga carga de de la la torretorre
En este punto se definen las cargas provenientes de la superestructura, En este punto se definen las cargas provenientes de la superestructura, tomando en cuenta las combinaciones más críticas de diseño según lo indica el tomando en cuenta las combinaciones más críticas de diseño según lo indica el Reglamento Nacional de la construcción en su artículo 15.
Tabla 10.
Tabla 10. Combinaciones de Combinaciones de carga (RNC carga (RNC 07)07)
Dónde: Dónde: CM: carga muerta CM: carga muerta CV: carga viva CV: carga viva
Fs: fuerza sísmica horizontal Fs: fuerza sísmica horizontal Pz: carga o presión de viento Pz: carga o presión de viento
Ps: carga debida a la presión lateral de la tierra, a la presión del agua subterrá- Ps: carga debida a la presión lateral de la tierra, a la presión del agua subterrá- nea, o a la presión de materiales a granel.
nea, o a la presión de materiales a granel. IV.
IV. peso peso de de la la cimentacióncimentación Su cálculo
Su cálculo contempla el peso de la zcontempla el peso de la zapata, el pedestal y el apata, el pedestal y el suelo. suelo. Para elloPara ello es necesario únicamente realizar una operación aritmética.
es necesario únicamente realizar una operación aritmética.
V.
V. peso total peso total de de diseñodiseño
Este corresponde a la acción del peso de la cimentación más la sobrecarga Este corresponde a la acción del peso de la cimentación más la sobrecarga aplicada por la superestructura
aplicada por la superestructura VI.
VI. momento momento por por fuerzas fuerzas laterales.laterales.
Resulta de multiplicar la fuerza lateral aplicada en una dirección conocida, por Resulta de multiplicar la fuerza lateral aplicada en una dirección conocida, por su brazo
su brazo de giro. de giro. Para ello Para ello se utilizse utilizan principios básicos an principios básicos de Estática.de Estática. VII.
VII. presión presión actuanteactuante
Diseño por método de esfuerzos
Diseño por método de esfuerzos
permisibles permisibles CM + Ps + (Pz ó CM + Ps + (Pz ó 0.7(Fs))0.7(Fs)) 0.6(CM) + Pz + Ps 0.6(CM) + Pz + Ps 0.6(CM) + 0.7(Fs) + Ps 0.6(CM) + 0.7(Fs) + Ps CM + CV + Ps ó Pz CM + CV + Ps ó Pz
Diseño por método de
Diseño por método de
resistencia última resistencia última 1.4(CM ) 1.4(CM ) 1.2(CM) + 1.6(CV + Ps) 1.2(CM) + 1.6(CV + Ps) 1.2(CM) + 1.6(Pz) + CV 1.2(CM) + 1.6(Pz) + CV 1.2(CM) + Fs + CV 1.2(CM) + Fs + CV 0.9(CM) + 1.6(Pz ) + 1.6(Ps) 0.9(CM) + 1.6(Pz ) + 1.6(Ps) 0.9(CM) + Fs + 1.6(PS) 0.9(CM) + Fs + 1.6(PS)
La revisión de la capacidad de carga del terreno y de diseño se realizaran por el La revisión de la capacidad de carga del terreno y de diseño se realizaran por el método de plastificación total o áreas reducidas. Se considera que este método método de plastificación total o áreas reducidas. Se considera que este método reproduce mejor la situación que se presenta cerca de la falla y es la que con- reproduce mejor la situación que se presenta cerca de la falla y es la que con- viene adoptar para el diseño de cimentaciones.
viene adoptar para el diseño de cimentaciones.
Donde el área de la losa de la zapata calculada es reducida a cada lado dos ve- Donde el área de la losa de la zapata calculada es reducida a cada lado dos ve- ces el valor de la excentricidad, definida como el cociente del momento de volteo ces el valor de la excentricidad, definida como el cociente del momento de volteo y el peso total.
y el peso total.
La presión actuante sobre el suelo
La presión actuante sobre el suelo
deberá ser siempre menor que la presióndeberá ser siempre menor que la presión admisible.admisible.
Las cargas de la estructura que se debe tener en cuenta para esta ecuación co- Las cargas de la estructura que se debe tener en cuenta para esta ecuación co- rresponden a carga de servicio
rresponden a carga de servicio
VIII.
VIII. presión presión máxima máxima de de diseñodiseño
Se sigue el procedimiento indicando en el punto VII con la diferencia que para el Se sigue el procedimiento indicando en el punto VII con la diferencia que para el presente caso se trabaja con cargas últimas.
presente caso se trabaja con cargas últimas. IX.
IX. Resistencia Resistencia al al levantamiento levantamiento (Up)(Up)
Se debe asumir que las fundaciones excavados y acompañados resisten la fuerza Se debe asumir que las fundaciones excavados y acompañados resisten la fuerza de levantamiento mediante su peso propio más el peso de todo el suelo encerra- de levantamiento mediante su peso propio más el peso de todo el suelo encerra- do
do dentro de un cono dentro de un cono o pirámide invertida co pirámide invertida cuyos lados forman un uyos lados forman un ángulo de 30ºángulo de 30º respecto de la vertical. Si hay un aumento de sección en la parte inferior de la respecto de la vertical. Si hay un aumento de sección en la parte inferior de la fundación la base del cono será la base de la fundación o, caso contrario, en au- fundación la base del cono será la base de la fundación o, caso contrario, en au- sencia del aumento de sección, la base del cono será la parte superior de la base sencia del aumento de sección, la base del cono será la parte superior de la base de la fundación, donde se deben diseñar de acuerdo a la siguiente ecuación
de la fundación, donde se deben diseñar de acuerdo a la siguiente ecuación
Dónde: Dónde:Wc = peso de la estructura de concreto ( Zapata y Pedestal) Wc = peso de la estructura de concreto ( Zapata y Pedestal) Up = Maxima fuerza de levantamiento ò tracción aplicada. Up = Maxima fuerza de levantamiento ò tracción aplicada.
X.
X. diseño por diseño por deflexióndeflexión
en el diseño de los elementos estructurales, se debe buscar el mayor efecto pro- en el diseño de los elementos estructurales, se debe buscar el mayor efecto pro- ducto de las fuerzas internas, por ellos determinar el momento flector máximo es ducto de las fuerzas internas, por ellos determinar el momento flector máximo es impredecible. para lograrlo se sigue lo siguiente.
impredecible. para lograrlo se sigue lo siguiente.
La sección crítica de diseño a flexión se ubica en la cara de la columna. La sección crítica de diseño a flexión se ubica en la cara de la columna.
Porcentaje de acero: Porcentaje de acero:
Se deben determinar los límites de los índices de refuerzo para conocer el tipo de Se deben determinar los límites de los índices de refuerzo para conocer el tipo de falla que presenta el elemento puesto que se conoce dos clases de la misma: falla falla que presenta el elemento puesto que se conoce dos clases de la misma: falla a compresión y falla a tensión.
a compresión y falla a tensión.
El punto de inflexión entre estos extremos de falla de los elementos, es la falla El punto de inflexión entre estos extremos de falla de los elementos, es la falla balanceada, la cual ocurre cuando simultáneamente, el acero alcanza su esfuerzo balanceada, la cual ocurre cuando simultáneamente, el acero alcanza su esfuerzo de fluencia y en el concreto se presenta la deformación máxima útil en compre- de fluencia y en el concreto se presenta la deformación máxima útil en compre- sión
sión
que vale 0.003. el porcentaje de acero para la falla balanceada se cal-que vale 0.003. el porcentaje de acero para la falla balanceada se cal- cula mediante la siguiente expresión.cula mediante la siguiente expresión.
Dónde: Dónde:
= esfuerzo de fluencia de acero= esfuerzo de fluencia de acero
= factor de reducción por flexión= factor de reducción por flexiónUna disminución en la temperatura con respecto a la existente cuando la lasa se Una disminución en la temperatura con respecto a la existente cuando la lasa se funde, particularmente en estructuras sometida a la interperie, puede tener un funde, particularmente en estructuras sometida a la interperie, puede tener un efecto similar al de la tracción de fraguado. Es decir, la losa tiene a contraerse y, efecto similar al de la tracción de fraguado. Es decir, la losa tiene a contraerse y, se está restringida para hacerlo, se generan esfuerzos internos de tensión.
se está restringida para hacerlo, se generan esfuerzos internos de tensión.
Diseño sismo resistente Diseño sismo resistente
Para el diseño sismo resistente de cimentaciones, se puede llevar a cabo por Para el diseño sismo resistente de cimentaciones, se puede llevar a cabo por dos vías, una en el cual las cargas inducidas en las fundaciones por los dos vías, una en el cual las cargas inducidas en las fundaciones por los movimientos sísmicos se determinan en base a las reacciones y momentos movimientos sísmicos se determinan en base a las reacciones y momentos necesarios para el equilibrio estructural, y la otra en la que se aplican los necesarios para el equilibrio estructural, y la otra en la que se aplican los enfoques de diseño tradicionales basados en la capacidad de carga del suelo enfoques de diseño tradicionales basados en la capacidad de carga del suelo (con factores de reducción de la capacidad adecuados si se desea contar con un (con factores de reducción de la capacidad adecuados si se desea contar con un margen de seguridad), siempre se deben tener en cuenta ciertos factores margen de seguridad), siempre se deben tener en cuenta ciertos factores asociados con la naturaleza dinámica de las cargas sísmicas.
asociados con la naturaleza dinámica de las cargas sísmicas.
Bajo cargas sísmicas muchos suelos pueden movilizar una resistencia mayor Bajo cargas sísmicas muchos suelos pueden movilizar una resistencia mayor que la resistencia estática. Para los suelos no cohesivos insaturados este que la resistencia estática. Para los suelos no cohesivos insaturados este aumento puede ser de alrededor de 10 por ciento, mientras que para los suelos aumento puede ser de alrededor de 10 por ciento, mientras que para los suelos cohesivos puede llegar a ser de hasta 50 por ciento. Sin embargo, para las cohesivos puede llegar a ser de hasta 50 por ciento. Sin embargo, para las arcillas saturadas más blandas y las arenas saturadas también se debe tener en arcillas saturadas más blandas y las arenas saturadas también se debe tener en cuenta el potencial de degradación de la resistencia y la rigidez bajo ciclos de cuenta el potencial de degradación de la resistencia y la rigidez bajo ciclos de carga repetidos.