Diseño de contrapesos en cimentaciones

[Hernán]

Hola Comunidad de ingenieros, agradeciendoles todos sus aportes que tanto me han servido. Alli va otra pregunta esprando su colaboración.

Resulta que la estructuras tipo Bodega o galpón, abarcan una gran luz. Pasar vigas de amarre transversales  de tanta luz implicarian grandes secciones, y trabajaría casi que solo el acero a modo de tensor. Una solución que he visto ya en varias construcciones de este tipo son zapatas con contrapeso, y en eso consiste, de la zapata sale una viga y liga con un muerto de concreto(contrapeso). Mi pregunta va a como es el proceso de diseño de este contrapeso. Que cargas se aplican a esa viga de enlace entre la zapata y el contra peso? que se debe determinar para definir el tamaño de ese contra peso?
Muchas gracias y atento a sus comentarios

[mgf2008]

y de que suelo estamos hablando?, si es suelo firme solo es cuestión
de equilibrar fuerzas de trabajo y fuerzas de lastre (peso muerto/contrapeso):
finalmente el contrapeso debe ser resistido por la losa-zapata o trabe de liga y se verifica
que el centro de cargas coincida con el  centro de gravedad de la zapata-contrapeso;
con esto se evita el volcamiento o giro de la zapata.

[Hernán]

Perfecto, pero la fuerza de trabajo que se debe equilibrar es el mayor momento que llega a la base según la combinación que se tome, incluyendo sismo y viento? porque no me haces un modelo de equilibrio para entender el concepto? que pena la molestia y muchas gracias.

[Gilbert73]

Hola Hernan.
Por que no subes una imagen o detalle para comprender mejor de es tipo de estructuras con conptrapeso tengo la curiosidad de investigar como funcionan estas estructuras y aplicaciones.
Saludos............

[Vlacev TE]

Hola Hernan.
Por que no subes una imagen o detalle para comprender mejor de es tipo de estructuras con contrapeso tengo la curiosidad de investigar como funcionan estas estructuras y aplicaciones.
Saludos............

La idea es sencilla:



Cuando se tienen zapatas que por estar muy distantes entre sí, y se haga difícil el controlar los esfuerzos que producen en el terreno y no se pueda con una viga de cimentación, se puede optar por colocar un bloque de concreto que equilibre estas condiciones.

Claro que no es necesario el equilibrar 2 zapatas, puede ser también una o más. El bloque de concreto al no ser una zapata y tener cargas provenientes de la superestructura, deberá de garantizar el equilibrio sólo por peso propio. Las combinaciones de diseño y cálculo serán las mismas que para cualquier cimentación, considerando las más desfavorables que pueden ser las que tienen sismo o viento.

[mgf2008]

Agregando, un ejemplo donde una estructura simple
depende de un contrapeso/muerto/lastre para su
estabilidad; es importante en estas soluciones
dar un buen desplante a la cimentación con el fin de
evitar efectos de flotación, lo que es muy común en
suelo flojos., Finalmente es importante considerar el
tiempo de maduracion del concreto en este tipo de
estructuras ya que un concreto confinado por el suelo
tarda en madurar y las obras de naves industriales
tiene un periodo de termino de obra a lo máximo de 2 meses.

saludos.

[Gilbert73]

Tengo una duda?
Para que tipo de suelo es aconsejable usar o es igual que usar una platea de fundacion para suelos de baja de capacidad de soporte solo se puede usar para fundaciones de naves industriales? o tambien para edificaciones de concreto armado ?
Y el diseño como se lo realiza que datos necesitamos podrian colgar algun ejemplo de diseño.
Gracias...................

[mgf2008]

Con respecto al suelo:
Una capacidad de 4 t/m2 y sin humedad es más que aceptable, y si la nave industrial es de un costo considerable no hay que
Preocuparse, seguramente se tendrá el estudio del suelo y las observaciones del ingeniero de mecánica de suelos.


Con respecto al tipo de estructura:
En general este tipo de soluciones es para cargas ligeras: por ejemplo La techumbre de una nave industrial (común) tiene un peso de carga muerta de 30 kg/m2 y las columnas de los marcos  no suelen pesar mas de  45 Kg./ml de peso Propio, más las cargas accidentales; estas carga  generan  elementos mecánicos relativamente bajos en magnitud  si los comparamos con un Los de un marco de un edificio de 5 niveles, de ahí que la solución
de zapatas equilibradas con un contrapeso sea viable.

Por ejemplo si se tuvieran marcos a cada 6 m., el peso tributario Que recibirían por carga muerta será de 6 x longitud del marco (22 m.) x 30 Kg. /m2= aprox. 4 ton.
Si usamos un coeficiente sísmico de 0.2 seria=4*0.2=0.8 ton., Y si el viento combinando barlovento y sotavento fuera de cp=1.3 tendríamos, Cp*presion*area tributaria=1.3 x 35 Kg./m2 x 6 x 22 m.=aprox. 6 ton.

EN RESUMEN, el marco soportaría por carga muerta 4 ton, por carga sísmica 0.8 ton . y por carga de viento 6 ton, con estas cargas no tendríamos un momento Flector en la zapata de mas de 15 t-m  y este es un valor adecuado/razonable para proponer Una zapata con contrapeso que equilibre este momento y tengamos una cimentación económica; momentos mayores posiblemente nos lleven a otras soluciones que No sean económicas y por lo cual no aceptables.

[Hernán]

Bueno, el tema se pone interesante con sus con sus aportes. Adjunto unas imágenes con detalles de cimentaciones con contrapesos y su proceso constructivo. mgf2008, con esas cargas que estimaste , como se procede a calcular la viga de enlace? como se modela la viga? con que tipo de apoyos se debe modelar? se modela hiperestática o se puede resolver con estática?

[mgf2008]

Un camino corto es tomar los elementos mecánicos que se tiene en la base de cada marco y con estos diseñar la cimentación, el otro camino es hacer Un modelo del conjunto de marcos y agregando la cimentación que se propone.
Finalmente:
En base a las fotografías, al nivel del desplante (profundidad de excavación), de las dimensiones de zapata, trabe de amarre y el muerto  se deduce que no se tienen momentos flectores (el marco es articulado) así que la única carga a considerar es la carga Axial, y es esta la que debe equilibrarse con las fuerzas de las cargas muertas por simple estática;
Debe cumplirse ............ Fi+Fr=0 y Mi+Mr=0 ; Donde, Fi=Resultante de las Fuerzas axiales  de las combinaciones consideradas ; Fr=Resultante  de las Fuerzas axiales de  los pesos muertos ; Mi=Fi(brazo1); Mr= Fr( brazo2) , Logrando el equilibrio el suelo esta a compresión y se tiene resuelto el planteamiento estructural.

Nota: como lo mensiona Elijah el problema es muy simple en lo que se refiere a las herramientas Matematicas a utilizar.


P. D.
No hay que ser tan ahorrativos, siempre hay que gastar un poco mas de dinero en las cimentaciones así sea un poste de luz, es mejor un mayor desplante De la cimentación que dejar esta casi al nivel del piso de trabajo, con un buen desplante se tiene  un mayor margen de seguridad: Recordar que el suelo no tiene Palabra y un poco de agua altera su comportamiento mecánico.