Mientras las vigas de amarre están pensadas para evitar los desplazamientos horizontales relativos entre las cimentaciones, las vigas de cimentación están pensadas para trabajar como una extensión de la cimentación, resistiendo corte, flexión y esfuerzos axiales. Estos elementos compatibilizan esfuerzos, presiones en el sello y asentamientos entre las cimentaciones que unen, haciéndolas trabajar de forma solidaria.
¿Cuándo usar vigas de cimentación?
Como en la mayoría de los casos en diseño estructural, no hay una única respuesta a esta pregunta, sino que hay múltiples soluciones diferentes para una misma situación problemática, pudiendo ser las vigas de cimentación una de ellas. Sin embargo, hay ciertas situaciones "estándar" en las cuales el uso de vigas de cimentación resulta ser muy conveniente.
Debido a restricciones en el terreno o simplemente para disminuir el volumen de excavación, es común tener cimentaciones excéntricas en el perímetro de una estructura, de tal forma que la cimentación se extienda solamente hacia el interior de la estructura. Estos casos suponen un gran desafío para una cimentación aislada, pues la alta excentricidad del pedestal hace que una carga vertical genere grandes momentos volcantes. Esta situación podría solucionarse aumentando la profundidad del sello de cimentación, o aumentando la altura de la cimentación, o incluso indicando una gran losa de cimentación para la estructura completa. Sin embargo, una mucho mejor alternativa puede ser una viga de cimentación.
El arreglo de cimentaciones es sumamente común, designado comúnmente como Strap Foundation, consiste en conectar una cimentación excéntrica con una centrada, de tal forma que la cimentación excéntrica sea soportada por la centrada. Este sistema es muy eficiente, pues elimina el levantamiento y disminuye significativamente las tensiones en la cimentación excéntrica.
El mismo principio puede usarse para mejorar el desempeño estructural de cualquier cimentación. Siempre que una cimentación tenga un levantamiento excesivo o presiones en el sello excesivas, puede unirse a otra cimentación mediante una viga, y así hacerlas trabajar colaborativamente.
¿Vigas de amarre o vigas de cimentación?
Un ojo bien entrenado podría determinar a simple vista si una viga es de cimentación o de amarre, pues tendrán diferencias en sus dimensiones y refuerzo. Sin embargo, en principio los dos tipos de vigas son idénticos: un elemento horizontal de hormigón armado, con sección rectangular, refuerzo longitudinal y estribos.
Es precisamente el diseño lo que le dará a cada tipo de viga sus características propias. Las vigas de amarre se suponen para trabajar solamente de forma axial, por lo que una sección cuadrada tiene sentido, así como refuerzos mínimos longitudinales y de corte. Por su parte, las vigas de cimentación se suponen para trabajar a corte y flexión, por lo que una sección rectangular alargada hace más sentido, para aumentar la inercia y con ella la resistencia a flexión.
Es similar a lo que sucede entre columnas y vigas de una estructura de pórticos. Ambos elementos de hormigón armado son topológicamente iguales, de hecho, en cualquier software de análisis estructural se modelarían ambos como elementos frame indistintamente. Sin embargo, debido a los esfuerzos a los que están sometidos, naturalmente adoptan una forma u otra.
Vigas de cimentación en Foundaxis
En Foundaxis puedes modelar vigas de cimentación manualmente, y generar un arreglo tan complejo como quieras. Cada viga de cimentación se define de forma independiente, teniendo su propia sección y punto de inserción relativo a las cimentaciones que conecta.
Internamente, un conjunto de cimentaciones unidas entre sí mediante una serie de vigas de cimentación recibe el nombre de composición en Foundaxis. Las composiciones son analizadas mediante el método de elementos finitos (MEF), de la misma forma que las cimentaciones corridas y las losas de cimentación, considerando el comportamiento no lineal del suelo mediante una serie de resortes no lineales.
Cada composición se calcula mediante una malla continua de elementos finitos, donde se respeta las características de cada elemento (e.g. altura, profundidad de sello de cimentación). Esto asegura que los elementos trabajan de forma colaborativa, y que hay una correcta modelación de la transmisión de esfuerzos. Luego, para el diseño de refuerzo de cada elemento de la composición, se trabajan de forma independiente, para respetar la estructura propia de cada uno.
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