Los sistemas de construcci\u00f3n de metal (MBS), tambi\u00e9n conocidos como edificios met\u00e1licos predise\u00f1ados, son estructuras patentadas dise\u00f1adas y fabricadas por sus proveedores. Los edificios de metal son extremadamente populares y representan un porcentaje sustancial de edificios no residenciales de poca altura en los Estados Unidos. El dise\u00f1o de los cimientos para estas estructuras a menudo implica desaf\u00edos especiales. Los procedimientos de dise\u00f1o a menudo no se comprenden bien, porque no est\u00e1n especificados en los c\u00f3digos de construcci\u00f3n y las gu\u00edas t\u00e9cnicas de dise\u00f1o. Como resultado, los dise\u00f1os de cimientos producidos por diferentes ingenieros para la misma estructura de construcci\u00f3n met\u00e1lica podr\u00edan variar desde aquellos que cuestan una cantidad trivial hasta aquellos que son bastante caros de construir. Este art\u00edculo analiza las razones de tal disparidad y malentendido y examina las opciones de dise\u00f1o disponibles.<\/p>\n\n\n\n

Varios desaf\u00edos hacen que los cimientos de los sistemas de construcci\u00f3n met\u00e1licos sean diferentes de los utilizados en los edificios convencionales:<\/p>\n\n\n\n

\u2022 Los MBS de un solo piso son extremadamente livianos. El\npeso total de la estructura podr\u00eda estar entre 2 y 5 libras por pie cuadrado\n(psf), lo que significa que un fuerte viento genera una carga de elevaci\u00f3n neta\nen los cimientos.<\/p>\n\n\n\n

\u2022 Los tipos m\u00e1s populares de los marcos primarios utilizados\nen MBS (marcos r\u00edgidos a dos aguas) ejercen importantes reacciones de columna\nhorizontal en los cimientos. Tales reacciones tambi\u00e9n podr\u00edan estar presentes\nen algunos cimientos de construcci\u00f3n convencionales, pero rara vez en cada columna,\ny en combinaci\u00f3n con la elevaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

\u2022 Debido a que los MBS son estructuras patentadas, los\nfabricantes a menudo informan reacciones de columna ligeramente diferentes para\nlos edificios con id\u00e9ntica carga y configuraci\u00f3n. En los proyectos de construcci\u00f3n\nque utilizan fondos p\u00fablicos y requieren licitaci\u00f3n competitiva, los\nfabricantes de MBS no pueden seleccionarse antes de que se dise\u00f1en las bases.\nEn consecuencia, las reacciones de la columna deben ser estimadas por los\ndise\u00f1adores de la fundaci\u00f3n, corriendo el riesgo de que las reacciones finales\nexcedan las utilizadas en el dise\u00f1o.<\/p>\n\n\n\n

\u2022 Desafortunadamente, en muchas situaciones, el propietario del edificio decide adquirir primero la superestructura met\u00e1lica del edificio y luego dise\u00f1ar los cimientos, como una ocurrencia tard\u00eda. Sin un ingeniero estructural involucrado en el establecimiento de los par\u00e1metros de dise\u00f1o para el MBS, algunos fabricantes podr\u00edan optar por proporcionar el dise\u00f1o m\u00e1s barato posible. Un ejemplo de ello es un edificio con columnas de marco de base fija, lo que puede generar un ahorro menor en los costos para el fabricante, pero en grandes aumentos de costos para la base frente a las columnas con base de pasador.<\/p>\n\n\n\n

\u2022 La falta de procedimientos de dise\u00f1o claros naturalmente da como resultado soluciones de dise\u00f1o desiguales. Algunos dise\u00f1os de cimientos para edificios met\u00e1licos han sido demasiado complicados, y algunos apenas han sido adecuados para las cargas impuestas (o no lo han sido en absoluto).<\/p>\n\n\n\n

En MBS de un solo piso, la carga muerta es generalmente insuficiente para contrarrestar los efectos de la elevaci\u00f3n generada por el viento. Adem\u00e1s, los c\u00f3digos de construcci\u00f3n requieren que no se use m\u00e1s del 60% de \u201cla carga muerta que probablemente est\u00e9 en su lugar\u201d en combinaci\u00f3n con el levantamiento del viento (la combinaci\u00f3n de carga \u201cb\u00e1sica\u201d del C\u00f3digo Internacional de Construcci\u00f3n (IBC) para el m\u00e9todo de dise\u00f1o de tensi\u00f3n admisible) . Por lo tanto, el peso del \u201clastre\u201d debe ser sustancial. Para una base poco profunda t\u00edpica, como una base de columna aislada, el \u201clastre\u201d consiste en la base, el pedestal de la columna (si lo hay) y el suelo en las repisas de la base. Algunos ingenieros tambi\u00e9n incluyen una contribuci\u00f3n de la resistencia a la fricci\u00f3n del suelo.<\/p>\n\n\n\n

Muy a menudo, el tama\u00f1o m\u00ednimo de los cimientos de las columnas est\u00e1 dictado por la cantidad m\u00ednima de \u201clastre\u201d, no por la capacidad de soporte del suelo para cargas descendentes. Esto suele sorprender a los dise\u00f1adores de cimientos que no est\u00e1n familiarizados con los detalles de MBS. El ejemplo de dise\u00f1o en la barra lateral ilustra el proceso de dimensionar un pie de columna aislado para la elevaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Los marcos r\u00edgidos a dos aguas ejercen reacciones de columna horizontal en los cimientos. Esto ocurre bajo carga de gravedad, cuando las reacciones son num\u00e9ricamente iguales pero act\u00faan en direcciones opuestas (Figura 1a), as\u00ed como bajo viento o carga s\u00edsmica, cuando las reacciones generalmente act\u00faan en la misma direcci\u00f3n (Figura 1b).<\/p>\n\n\n\n

Figura 1: La direcci\u00f3n de las reacciones de la columna horizontal en un marco r\u00edgido de un solo tramo: (a) a partir de cargas de gravedad; (b) por viento o cargas s\u00edsmicas.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
**Algunos sistemas de cimientos disponibles <\/strong><\/p>\n\n\n\n**
Las reacciones en columna vertical y horizontal pueden ser resistidas por una variedad de sistemas de cimientos, como los que se enumeran a continuaci\u00f3n y se ilustran en la Figura 2. Dise\u00f1ados adecuadamente, cada sistema puede resistir el nivel requerido de reacciones de marco horizontal y vertical. Sin embargo, la experiencia muestra que algunos sistemas podr\u00edan ser m\u00e1s o menos aplicables en diversas circunstancias. Cada sistema tiene ventajas y desventajas, como se resume en la Tabla 1.<\/p>\n\n\n\n
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Tabla 1: Costo comparativo, confiabilidad y grado de versatilidad de sistemas de cimientos seleccionados para sistemas de construcci\u00f3n de metal.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La tabla compara el costo, la confiabilidad y el grado de versatilidad de los sistemas de cimientos seleccionados utilizados en edificios predise\u00f1ados. Aqu\u00ed, la fiabilidad se refiere a la probabilidad de que el sistema de cimentaci\u00f3n funcione seg\u00fan lo previsto para el per\u00edodo de tiempo deseado en diversas condiciones de campo. Los sistemas m\u00e1s confiables pueden tolerar irregularidades inevitables en la construcci\u00f3n, carga y mantenimiento. La confiabilidad general de un sistema base depende de tres factores que definen la capacidad del sistema para funcionar en circunstancias adversas:<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Simplicidad de instalaci\u00f3n. Los cimientos que son\ndif\u00edciles de instalar o requieren una instalaci\u00f3n perfecta tienden a ser menos\nconfiables, porque algunos errores de colocaci\u00f3n son comunes y la perfecci\u00f3n en\nla construcci\u00f3n de cimientos es rara.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Redundancia. Los sistemas redundantes tienen m\u00e1s de una\nruta de carga para transferir las reacciones de la columna al suelo. Si una\nruta de carga est\u00e1 bloqueada, otra ruta se hace cargo.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Sobrevivencia. \u00bfPuede el sistema mantener su capacidad de\ncarga despu\u00e9s de que algunos de los elementos adyacentes del edificio se hayan\nda\u00f1ado? Por ejemplo, \u00bfqu\u00e9 sucede si la losa en la pendiente se corta o se quita\nparcialmente?<\/p>\n\n\n\n
\u2022 La versatilidad, como se se\u00f1ala en la Tabla 1, la poseen los sistemas que pueden usarse con diversas condiciones de suelo y suelo (por ejemplo, zanjas y fosas de suelo).<\/p>\n\n\n\n
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Figura 2: Fundamentos comunes utilizados en sistemas de construcci\u00f3n de metal: a) Tirante; b) Horquillas y tirantes de losas; c) Fundaci\u00f3n momento-resistente; d) Losa con ancas. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
El tama\u00f1o final de la zapata es de 8.0 pies x 8.0 pies x 3 pies 8 pulgadas de profundidad, controlado por levantamiento.<\/p>\n\n\n\n
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Figura 2 (continuaci\u00f3n): Fundamentos comunes utilizados en sistemas de construcci\u00f3n de metal: e) Zanjas; f) Colchonetas; g) Cimientos profundos.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
**Algunos sistemas b\u00e1sicos com\u00fanmente utilizados en MBS son:<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
\u2022 Tirantes (Figura 2a)<\/strong>. En esta soluci\u00f3n intuitivamente atractiva, los cimientos en las columnas del edificio opuesto est\u00e1n unidos, \u201cextinguiendo\u201d ambas reacciones de la columna horizontal. La construcci\u00f3n de la barra de acoplamiento var\u00eda desde la m\u00e1s barata y menos confiable, como un par de barras de refuerzo colocadas en una losa engrosada, hasta la relativamente costosa y mucho m\u00e1s confiable, como vigas de concreto. La capacidad de supervivencia del primero es baja, porque existe una clara posibilidad de que la losa en el nivel se corte o se elimine parcialmente en alg\u00fan momento, mientras que las vigas de grado colocadas debajo de la losa probablemente sobrevivir\u00e1n a tal escenario. Tambi\u00e9n est\u00e1n los problemas de elongaci\u00f3n el\u00e1stica de la barra de acoplamiento bajo carga y si la barra de acoplamiento se considera un \u201cmiembro de tensi\u00f3n\u201d bajo las disposiciones de la norma ACI 318 del American Concrete Institute. La versatilidad de este sistema est\u00e1 en el extremo inferior del espectro, ya que los tirantes no se pueden usar en edificios con trincheras profundas, depresiones y pozos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Horquillas con tirantes de losas (Figura 2b)<\/strong>. La idea general detr\u00e1s de este dise\u00f1o es la misma que en el sistema de tirantes, pero la fuerza de tensi\u00f3n es resistida por un refuerzo de acero distribuido en la losa del piso (ataduras de losa) en lugar de por tirantes discretos. Este es el m\u00e9todo menos costoso para resistir las reacciones de la columna horizontal y, por esta raz\u00f3n, las horquillas se han usado ampliamente en el pasado. Pero el sistema tiene m\u00faltiples desventajas. Entre ellos se encuentra una dependencia total en la losa del piso, lo que hace que el sistema sea vulnerable a la losa que se corta o se elimina parcialmente. Otros problemas incluyen juntas de construcci\u00f3n en losas en pendiente, donde el refuerzo de la losa generalmente se detiene, e incluso el problema fundamental de tratar las losas en pendiente como elementos estructurales. Las losas en el suelo est\u00e1n excluidas del alcance de ACI 318, excepto cuando transmiten fuerzas laterales de otras partes de la estructura al suelo. Si el dise\u00f1ador tiene la intenci\u00f3n de que la losa en el nivel cumpla con ACI 318, la losa debe dise\u00f1arse y construirse con mayor cuidado que las pr\u00e1cticas prevalentes. Como m\u00ednimo, debe reforzarse de manera m\u00e1s sustancial que con una capa de tela ligera de alambre soldado, para proporcionar un porcentaje m\u00ednimo de refuerzo de \u201ccontracci\u00f3n\u201d.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Fundaciones resistentes al momento (Figura 2c)<\/strong>. Estos cimientos funcionan de manera similar a los muros de contenci\u00f3n en voladizo: el peso de los cimientos, y cualquier suelo sobre ellos, resiste el vuelco y el deslizamiento causado por fuerzas horizontales externas. Debido a que no depende de una contribuci\u00f3n de la losa en el nivel, la base resistente al momento representa uno de los sistemas m\u00e1s confiables disponibles. Tambi\u00e9n es uno de los m\u00e1s vers\u00e1tiles, ya que las trincheras profundas, las depresiones y los hoyos en el piso, o ning\u00fan piso, no afectan su funci\u00f3n. El sistema incluso se puede utilizar en instalaciones en laderas, donde un extremo del edificio es m\u00e1s bajo que el otro. Sin embargo, los procedimientos de dise\u00f1o para cimientos resistentes al momento son relativamente largos y los costos de construcci\u00f3n podr\u00edan ser altos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Losa con ancas profundas (Figura 2d)<\/strong>. Este sistema se ha utilizado ampliamente en la construcci\u00f3n residencial, y algunos tambi\u00e9n han intentado utilizarlo para soportar grandes edificios predise\u00f1ados. La losa con ancas profundas, tambi\u00e9n conocida como losa doblada hacia abajo, funciona de manera similar a la base resistente al momento, y un dise\u00f1o riguroso dar\u00eda como resultado el \u201canca\u201d del tama\u00f1o similar a la base de la base resistente al momento. No es necesario decir que este no es el tama\u00f1o que esperan los defensores de este sistema. La confiabilidad y versatilidad de la losa con ancas depende de si el dise\u00f1o depende de la contribuci\u00f3n de la losa en la pendiente. Si lo hace, tanto la confiabilidad como la versatilidad estar\u00edan en el extremo inferior del espectro, similar al sistema de horquilla.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Zanja (Figura 2e)<\/strong>. En este dise\u00f1o, se excava una zanja profunda y se llena con concreto. La base resultante podr\u00eda hacerse lo suficientemente pesada como para resistir el levantamiento y lo suficientemente profunda como para desarrollar la presi\u00f3n pasiva del suelo. Dado que el dise\u00f1o no depende de la contribuci\u00f3n de la losa en el nivel, tanto la confiabilidad como la versatilidad de este sistema son altas. Obviamente, las zapatas de zanjas (tambi\u00e9n conocidas como cimientos en masa o zapatas sin forma) solo se pueden usar en los suelos que permiten que la zanja excavada sea estable durante la construcci\u00f3n. Esto generalmente requiere suelos arcillosos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Colchonetas (Figura 2f)<\/strong>. El uso de esteras puede ser ventajoso en cimientos de edificios met\u00e1licos que tienen suelos pobres. Seg\u00fan una regla general, cuando las zapatas de columna aisladas cubren m\u00e1s del 50% de la huella del edificio, las alfombras se vuelven econ\u00f3micas. Las colchonetas suelen reforzarse en dos direcciones, tanto en la parte superior como en la inferior. Las colchonetas pesadas funcionan bien para resistir la elevaci\u00f3n del viento, y su refuerzo continuo resuelve el problema de \u201cextinguir\u201d las reacciones de la columna horizontal en los extremos opuestos de los marcos. Uno de los desaf\u00edos del uso de esteras en edificios met\u00e1licos con marcos r\u00edgidos de m\u00faltiples tramos es la colocaci\u00f3n de pernos de anclaje para columnas interiores. Esto a menudo requiere colocar una \u201closa de lodo\u201d separada, que se puede usar para soportar temporalmente los pernos de anclaje. Las colchonetas poseen una alta confiabilidad (es poco probable que se corten casualmente) pero una baja versatilidad, ya que no funcionan con zanjas profundas, depresiones y fosas. Su costo es relativamente alto. <\/p>\n\n\n\n
\u2022 Cimientos profundos (Figura 2g)<\/strong>. Hay dos tipos principales de cimientos profundos: pilares profundos (tambi\u00e9n llamados cajones o pozos perforados) y pilotes. Los pilares profundos generalmente poseen suficiente carga muerta para contrarrestar la elevaci\u00f3n moderada del viento. Si se necesita \u201clastre\u201d adicional, se podr\u00eda considerar una contribuci\u00f3n de las vigas de grado perimetral. Las vigas graduadas tambi\u00e9n comprometen la resistencia pasiva a la presi\u00f3n del suelo y ayudan a resistir las reacciones de la columna horizontal. Las pilas pueden resistir tanto la elevaci\u00f3n como las fuerzas horizontales de varias maneras, incluida la fricci\u00f3n en suelos cohesivos y la flexi\u00f3n. Debido a que los cimientos profundos generalmente no dependen de una contribuci\u00f3n de las losas de piso, estos cimientos son confiables y vers\u00e1tiles. Pero tambi\u00e9n son costosos y generalmente se usan solo en suelos pobres, particularmente aquellos donde los estratos d\u00e9biles est\u00e1n cubiertos por materiales competentes.<\/p>\n\n\n\n
Al comprender las ventajas y desventajas de varios sistemas de cimientos utilizados en edificios predise\u00f1ados, los dise\u00f1adores deber\u00edan poder seleccionar el dise\u00f1o de cimientos que m\u00e1s se ajuste al uso, la configuraci\u00f3n y el rendimiento esperados del edificio en su conjunto.<\/p>\n\n\n\n
**Un ejemplo de dise\u00f1o simplificado para dimensionar un pie de columna aislado para fuerzas hacia abajo y elevaci\u00f3n.<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
Dado:<\/em><\/strong> Seleccione el tama\u00f1o de una base de columna aislada para soportar una columna interior de un marco r\u00edgido de tramo m\u00faltiple de un solo piso. El espacio de las columnas interiores dentro del marco es de 60 pies; Los marcos son de 25 pies en los centros. Las siguientes cargas act\u00faan sobre el techo: carga muerta de 3 psf, carga de nieve de techo de dise\u00f1o de 30 psf y elevaci\u00f3n del viento de 14 psf. La profundidad de la zapata debe ser de al menos 3 pies debajo del piso. La columna est\u00e1 soportada por un pedestal de concreto de 20 pulgadas por 20 pulgadas que se extiende hasta la parte superior del piso. Use una capacidad de soporte de suelo permisible de 4000 psf. Suponga que el peso promedio del suelo, la losa en el nivel y la base es de 130 lbs \/ ft3. El edificio no est\u00e1 ubicado en la zona de inundaci\u00f3n. Use combinaciones de carga b\u00e1sica de IBC.<\/p>\n\n\n\n
***Soluci\u00f3n: <\/em><\/strong>El \u00e1rea tributaria de la columna es 60 x 25 = 1500 (ft2). Las cargas de dise\u00f1o en la columna son: <\/p>\n\n\n\n***
Dise\u00f1o de carga muerta D = 4.5 kips Dise\u00f1o de carga de nieve S = 45 kips
Dise\u00f1o de carga de elevaci\u00f3n del viento W = \u201321 kips
Carga total hacia abajo D + S = 4.5 + 45 = 49.5 kips
Carga de elevaci\u00f3n total en la base (0.6D + W) = 0.6 x 4.5 \u2013 21 = \u201318.3 kips
El peso del suelo, la losa en el nivel y la base es 0.130 kips \/ ft3 x 3 ft. = 0.39 kips \/ ft2 (ksf)
La presi\u00f3n neta disponible del suelo es 4.0 \u2013 0.39 = 3.61 (ksf)
El \u00e1rea requerida de la zapata para la carga descendente es 49.5 \/ 3.61 = 13.71 (ft2)<\/p>\n\n\n\n
Solo para carga descendente, el signo de la zapata es de 3,7 pies por 3,7 pies como m\u00ednimo.
Verifique la estabilidad contra la elevaci\u00f3n del viento. El peso m\u00ednimo requerido de la base, el suelo en sus repisas y la losa tributaria en el nivel (D min, encontrado) se puede encontrar en:<\/p>\n\n\n\n
0.6 D min, encontrado + W = 0
D min, encontrado = 18.3 \/ 0.6 = 30.5 (kips) <\/p>\n\n\n\n
Esto corresponde a 30.5 \/ 0.130 = 234.62 (ft3) del peso promedio de \u201clastre\u201d
Con una profundidad de zapata de 3 pies debajo del piso, esto requiere un tama\u00f1o m\u00ednimo de zapata cuadrada de (234.62 \/ 3) 1\/2 = 8.84 (pies).
Para reducir el tama\u00f1o de la base, intente bajar la base de la base en 1 pie. Entonces, la base cuadrada m\u00ednima requerida es (234.62 \/ 4) 1\/2 = 7.66 (pies).<\/p>\n\n\n\n
***Para llegar a un tama\u00f1o nominal, use una base de 8.0 por 8.0 pies, con una profundidad de: <\/p>\n\n\n\n***
***234.62 \/ (8) 2 = 3.67 (pies)<\/p>\n\n\n\n***
Agradecimientos a la Revista \u201cEstructura\u201d ***Metal Surface, 2013<\/em><\/strong><\/p>\n<\/body>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"***
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Figura 1: La direcci\u00f3n de las reacciones de la columna horizontal en un marco r\u00edgido de un solo tramo: (a) a partir de cargas de gravedad; (b) por viento o cargas s\u00edsmicas.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
**Algunos sistemas de cimientos disponibles <\/strong><\/p>\n\n\n\n**
Las reacciones en columna vertical y horizontal pueden ser resistidas por una variedad de sistemas de cimientos, como los que se enumeran a continuaci\u00f3n y se ilustran en la Figura 2. Dise\u00f1ados adecuadamente, cada sistema puede resistir el nivel requerido de reacciones de marco horizontal y vertical. Sin embargo, la experiencia muestra que algunos sistemas podr\u00edan ser m\u00e1s o menos aplicables en diversas circunstancias. Cada sistema tiene ventajas y desventajas, como se resume en la Tabla 1.<\/p>\n\n\n\n
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Tabla 1: Costo comparativo, confiabilidad y grado de versatilidad de sistemas de cimientos seleccionados para sistemas de construcci\u00f3n de metal.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La tabla compara el costo, la confiabilidad y el grado de versatilidad de los sistemas de cimientos seleccionados utilizados en edificios predise\u00f1ados. Aqu\u00ed, la fiabilidad se refiere a la probabilidad de que el sistema de cimentaci\u00f3n funcione seg\u00fan lo previsto para el per\u00edodo de tiempo deseado en diversas condiciones de campo. Los sistemas m\u00e1s confiables pueden tolerar irregularidades inevitables en la construcci\u00f3n, carga y mantenimiento. La confiabilidad general de un sistema base depende de tres factores que definen la capacidad del sistema para funcionar en circunstancias adversas:<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Simplicidad de instalaci\u00f3n. Los cimientos que son\ndif\u00edciles de instalar o requieren una instalaci\u00f3n perfecta tienden a ser menos\nconfiables, porque algunos errores de colocaci\u00f3n son comunes y la perfecci\u00f3n en\nla construcci\u00f3n de cimientos es rara.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Redundancia. Los sistemas redundantes tienen m\u00e1s de una\nruta de carga para transferir las reacciones de la columna al suelo. Si una\nruta de carga est\u00e1 bloqueada, otra ruta se hace cargo.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Sobrevivencia. \u00bfPuede el sistema mantener su capacidad de\ncarga despu\u00e9s de que algunos de los elementos adyacentes del edificio se hayan\nda\u00f1ado? Por ejemplo, \u00bfqu\u00e9 sucede si la losa en la pendiente se corta o se quita\nparcialmente?<\/p>\n\n\n\n
\u2022 La versatilidad, como se se\u00f1ala en la Tabla 1, la poseen los sistemas que pueden usarse con diversas condiciones de suelo y suelo (por ejemplo, zanjas y fosas de suelo).<\/p>\n\n\n\n
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Figura 2: Fundamentos comunes utilizados en sistemas de construcci\u00f3n de metal: a) Tirante; b) Horquillas y tirantes de losas; c) Fundaci\u00f3n momento-resistente; d) Losa con ancas. <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
El tama\u00f1o final de la zapata es de 8.0 pies x 8.0 pies x 3 pies 8 pulgadas de profundidad, controlado por levantamiento.<\/p>\n\n\n\n
$\"\"$
Figura 2 (continuaci\u00f3n): Fundamentos comunes utilizados en sistemas de construcci\u00f3n de metal: e) Zanjas; f) Colchonetas; g) Cimientos profundos.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
**Algunos sistemas b\u00e1sicos com\u00fanmente utilizados en MBS son:<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
\u2022 Tirantes (Figura 2a)<\/strong>. En esta soluci\u00f3n intuitivamente atractiva, los cimientos en las columnas del edificio opuesto est\u00e1n unidos, \u201cextinguiendo\u201d ambas reacciones de la columna horizontal. La construcci\u00f3n de la barra de acoplamiento var\u00eda desde la m\u00e1s barata y menos confiable, como un par de barras de refuerzo colocadas en una losa engrosada, hasta la relativamente costosa y mucho m\u00e1s confiable, como vigas de concreto. La capacidad de supervivencia del primero es baja, porque existe una clara posibilidad de que la losa en el nivel se corte o se elimine parcialmente en alg\u00fan momento, mientras que las vigas de grado colocadas debajo de la losa probablemente sobrevivir\u00e1n a tal escenario. Tambi\u00e9n est\u00e1n los problemas de elongaci\u00f3n el\u00e1stica de la barra de acoplamiento bajo carga y si la barra de acoplamiento se considera un \u201cmiembro de tensi\u00f3n\u201d bajo las disposiciones de la norma ACI 318 del American Concrete Institute. La versatilidad de este sistema est\u00e1 en el extremo inferior del espectro, ya que los tirantes no se pueden usar en edificios con trincheras profundas, depresiones y pozos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Horquillas con tirantes de losas (Figura 2b)<\/strong>. La idea general detr\u00e1s de este dise\u00f1o es la misma que en el sistema de tirantes, pero la fuerza de tensi\u00f3n es resistida por un refuerzo de acero distribuido en la losa del piso (ataduras de losa) en lugar de por tirantes discretos. Este es el m\u00e9todo menos costoso para resistir las reacciones de la columna horizontal y, por esta raz\u00f3n, las horquillas se han usado ampliamente en el pasado. Pero el sistema tiene m\u00faltiples desventajas. Entre ellos se encuentra una dependencia total en la losa del piso, lo que hace que el sistema sea vulnerable a la losa que se corta o se elimina parcialmente. Otros problemas incluyen juntas de construcci\u00f3n en losas en pendiente, donde el refuerzo de la losa generalmente se detiene, e incluso el problema fundamental de tratar las losas en pendiente como elementos estructurales. Las losas en el suelo est\u00e1n excluidas del alcance de ACI 318, excepto cuando transmiten fuerzas laterales de otras partes de la estructura al suelo. Si el dise\u00f1ador tiene la intenci\u00f3n de que la losa en el nivel cumpla con ACI 318, la losa debe dise\u00f1arse y construirse con mayor cuidado que las pr\u00e1cticas prevalentes. Como m\u00ednimo, debe reforzarse de manera m\u00e1s sustancial que con una capa de tela ligera de alambre soldado, para proporcionar un porcentaje m\u00ednimo de refuerzo de \u201ccontracci\u00f3n\u201d.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Fundaciones resistentes al momento (Figura 2c)<\/strong>. Estos cimientos funcionan de manera similar a los muros de contenci\u00f3n en voladizo: el peso de los cimientos, y cualquier suelo sobre ellos, resiste el vuelco y el deslizamiento causado por fuerzas horizontales externas. Debido a que no depende de una contribuci\u00f3n de la losa en el nivel, la base resistente al momento representa uno de los sistemas m\u00e1s confiables disponibles. Tambi\u00e9n es uno de los m\u00e1s vers\u00e1tiles, ya que las trincheras profundas, las depresiones y los hoyos en el piso, o ning\u00fan piso, no afectan su funci\u00f3n. El sistema incluso se puede utilizar en instalaciones en laderas, donde un extremo del edificio es m\u00e1s bajo que el otro. Sin embargo, los procedimientos de dise\u00f1o para cimientos resistentes al momento son relativamente largos y los costos de construcci\u00f3n podr\u00edan ser altos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Losa con ancas profundas (Figura 2d)<\/strong>. Este sistema se ha utilizado ampliamente en la construcci\u00f3n residencial, y algunos tambi\u00e9n han intentado utilizarlo para soportar grandes edificios predise\u00f1ados. La losa con ancas profundas, tambi\u00e9n conocida como losa doblada hacia abajo, funciona de manera similar a la base resistente al momento, y un dise\u00f1o riguroso dar\u00eda como resultado el \u201canca\u201d del tama\u00f1o similar a la base de la base resistente al momento. No es necesario decir que este no es el tama\u00f1o que esperan los defensores de este sistema. La confiabilidad y versatilidad de la losa con ancas depende de si el dise\u00f1o depende de la contribuci\u00f3n de la losa en la pendiente. Si lo hace, tanto la confiabilidad como la versatilidad estar\u00edan en el extremo inferior del espectro, similar al sistema de horquilla.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Zanja (Figura 2e)<\/strong>. En este dise\u00f1o, se excava una zanja profunda y se llena con concreto. La base resultante podr\u00eda hacerse lo suficientemente pesada como para resistir el levantamiento y lo suficientemente profunda como para desarrollar la presi\u00f3n pasiva del suelo. Dado que el dise\u00f1o no depende de la contribuci\u00f3n de la losa en el nivel, tanto la confiabilidad como la versatilidad de este sistema son altas. Obviamente, las zapatas de zanjas (tambi\u00e9n conocidas como cimientos en masa o zapatas sin forma) solo se pueden usar en los suelos que permiten que la zanja excavada sea estable durante la construcci\u00f3n. Esto generalmente requiere suelos arcillosos.<\/p>\n\n\n\n
\u2022 Colchonetas (Figura 2f)<\/strong>. El uso de esteras puede ser ventajoso en cimientos de edificios met\u00e1licos que tienen suelos pobres. Seg\u00fan una regla general, cuando las zapatas de columna aisladas cubren m\u00e1s del 50% de la huella del edificio, las alfombras se vuelven econ\u00f3micas. Las colchonetas suelen reforzarse en dos direcciones, tanto en la parte superior como en la inferior. Las colchonetas pesadas funcionan bien para resistir la elevaci\u00f3n del viento, y su refuerzo continuo resuelve el problema de \u201cextinguir\u201d las reacciones de la columna horizontal en los extremos opuestos de los marcos. Uno de los desaf\u00edos del uso de esteras en edificios met\u00e1licos con marcos r\u00edgidos de m\u00faltiples tramos es la colocaci\u00f3n de pernos de anclaje para columnas interiores. Esto a menudo requiere colocar una \u201closa de lodo\u201d separada, que se puede usar para soportar temporalmente los pernos de anclaje. Las colchonetas poseen una alta confiabilidad (es poco probable que se corten casualmente) pero una baja versatilidad, ya que no funcionan con zanjas profundas, depresiones y fosas. Su costo es relativamente alto. <\/p>\n\n\n\n
\u2022 Cimientos profundos (Figura 2g)<\/strong>. Hay dos tipos principales de cimientos profundos: pilares profundos (tambi\u00e9n llamados cajones o pozos perforados) y pilotes. Los pilares profundos generalmente poseen suficiente carga muerta para contrarrestar la elevaci\u00f3n moderada del viento. Si se necesita \u201clastre\u201d adicional, se podr\u00eda considerar una contribuci\u00f3n de las vigas de grado perimetral. Las vigas graduadas tambi\u00e9n comprometen la resistencia pasiva a la presi\u00f3n del suelo y ayudan a resistir las reacciones de la columna horizontal. Las pilas pueden resistir tanto la elevaci\u00f3n como las fuerzas horizontales de varias maneras, incluida la fricci\u00f3n en suelos cohesivos y la flexi\u00f3n. Debido a que los cimientos profundos generalmente no dependen de una contribuci\u00f3n de las losas de piso, estos cimientos son confiables y vers\u00e1tiles. Pero tambi\u00e9n son costosos y generalmente se usan solo en suelos pobres, particularmente aquellos donde los estratos d\u00e9biles est\u00e1n cubiertos por materiales competentes.<\/p>\n\n\n\n
Al comprender las ventajas y desventajas de varios sistemas de cimientos utilizados en edificios predise\u00f1ados, los dise\u00f1adores deber\u00edan poder seleccionar el dise\u00f1o de cimientos que m\u00e1s se ajuste al uso, la configuraci\u00f3n y el rendimiento esperados del edificio en su conjunto.<\/p>\n\n\n\n
**Un ejemplo de dise\u00f1o simplificado para dimensionar un pie de columna aislado para fuerzas hacia abajo y elevaci\u00f3n.<\/strong><\/p>\n\n\n\n**
Dado:<\/em><\/strong> Seleccione el tama\u00f1o de una base de columna aislada para soportar una columna interior de un marco r\u00edgido de tramo m\u00faltiple de un solo piso. El espacio de las columnas interiores dentro del marco es de 60 pies; Los marcos son de 25 pies en los centros. Las siguientes cargas act\u00faan sobre el techo: carga muerta de 3 psf, carga de nieve de techo de dise\u00f1o de 30 psf y elevaci\u00f3n del viento de 14 psf. La profundidad de la zapata debe ser de al menos 3 pies debajo del piso. La columna est\u00e1 soportada por un pedestal de concreto de 20 pulgadas por 20 pulgadas que se extiende hasta la parte superior del piso. Use una capacidad de soporte de suelo permisible de 4000 psf. Suponga que el peso promedio del suelo, la losa en el nivel y la base es de 130 lbs \/ ft3. El edificio no est\u00e1 ubicado en la zona de inundaci\u00f3n. Use combinaciones de carga b\u00e1sica de IBC.<\/p>\n\n\n\n
***Soluci\u00f3n: <\/em><\/strong>El \u00e1rea tributaria de la columna es 60 x 25 = 1500 (ft2). Las cargas de dise\u00f1o en la columna son: <\/p>\n\n\n\n***
Dise\u00f1o de carga muerta D = 4.5 kips Dise\u00f1o de carga de nieve S = 45 kips
Dise\u00f1o de carga de elevaci\u00f3n del viento W = \u201321 kips
Carga total hacia abajo D + S = 4.5 + 45 = 49.5 kips
Carga de elevaci\u00f3n total en la base (0.6D + W) = 0.6 x 4.5 \u2013 21 = \u201318.3 kips
El peso del suelo, la losa en el nivel y la base es 0.130 kips \/ ft3 x 3 ft. = 0.39 kips \/ ft2 (ksf)
La presi\u00f3n neta disponible del suelo es 4.0 \u2013 0.39 = 3.61 (ksf)
El \u00e1rea requerida de la zapata para la carga descendente es 49.5 \/ 3.61 = 13.71 (ft2)<\/p>\n\n\n\n
Solo para carga descendente, el signo de la zapata es de 3,7 pies por 3,7 pies como m\u00ednimo.
Verifique la estabilidad contra la elevaci\u00f3n del viento. El peso m\u00ednimo requerido de la base, el suelo en sus repisas y la losa tributaria en el nivel (D min, encontrado) se puede encontrar en:<\/p>\n\n\n\n
0.6 D min, encontrado + W = 0
D min, encontrado = 18.3 \/ 0.6 = 30.5 (kips) <\/p>\n\n\n\n
Esto corresponde a 30.5 \/ 0.130 = 234.62 (ft3) del peso promedio de \u201clastre\u201d
Con una profundidad de zapata de 3 pies debajo del piso, esto requiere un tama\u00f1o m\u00ednimo de zapata cuadrada de (234.62 \/ 3) 1\/2 = 8.84 (pies).
Para reducir el tama\u00f1o de la base, intente bajar la base de la base en 1 pie. Entonces, la base cuadrada m\u00ednima requerida es (234.62 \/ 4) 1\/2 = 7.66 (pies).<\/p>\n\n\n\n
***Para llegar a un tama\u00f1o nominal, use una base de 8.0 por 8.0 pies, con una profundidad de: <\/p>\n\n\n\n***
***234.62 \/ (8) 2 = 3.67 (pies)<\/p>\n\n\n\n***
Agradecimientos a la Revista \u201cEstructura\u201d ***Metal Surface, 2013<\/em><\/strong><\/p>\n<\/body>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"***
Construcci\u00f3n: Fundaciones para sistemas de construcci\u00f3n met\u00e1lica Encontrar una soluci\u00f3n pr\u00e1ctica para su proyecto Los sistemas de construcci\u00f3n de metal (MBS), tambi\u00e9n conocidos como edificios met\u00e1licos predise\u00f1ados, son estructuras patentadas dise\u00f1adas y fabricadas por sus proveedores. Los edificios de metal son extremadamente populares y representan un porcentaje sustancial de edificios no residenciales de poca altura […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","jetpack_publicize_message":"","jetpack_publicize_feature_enabled":true,"jetpack_social_post_already_shared":true,"jetpack_social_options":{"image_generator_settings":{"template":"highway","default_image_id":0,"font":"","enabled":false},"version":2}},"categories":[81],"tags":[83,84,82],"class_list":["post-588","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-construccion","tag-cimienetos","tag-estructuras-metalicas","tag-fundaciones"],"jetpack_publicize_connections":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"jetpack_shortlink":"https:\/\/wp.me\/paSXST-9u","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/588","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=588"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/588\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":749,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/588\/revisions\/749"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=588"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=588"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.metalsurface.cl\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=588"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}