John Cook | SE | Principal, MKM & Associates Ingeniería estructural

Resumen Ejecutivo

Este documento proporciona una discusión y un resumen del desempeño de Wafflemat losas sobre rasante. La discusión contenida en este documento se basa en estudios realizados por la firma geotécnica de Purcell, Rhoades & Associates (ref. 1), así como en observaciones del desempeño de los cimientos Wafflemat instalados (Apéndices AD) durante un período de veinte años.

La construcción postesada, losa sobre el nivel del suelo y los tapetes reforzados suaves se han utilizado durante décadas para proporcionar un soporte adecuado para la construcción residencial y comercial liviana. Las losas originales postesadas se construyeron excavando zanjas para formar vigas enterradas (o "nervaduras") para proporcionar rigidez cuando se combinaban con una losa relativamente delgada. Posteriormente, se utilizaron losas postesadas de espesor uniforme (o "UTF" para "Fundación de espesor uniforme") con o sin vigas perimetrales en el suelo. Las losas de espesor uniforme son mucho más gruesas que las losas del sistema de vigas enterradas y han ganado cierta prominencia en ciertas partes del mundo.

Figura 1 - Formas de cimentación wafflemat, listas para verter hormigón. Los cables de postensado son colocado en los espacios entre el Cajas de gofres.

Las losas postensadas proporcionan una base de estera que tolera el movimiento hasta un límite aceptable. Los límites de deflexión deben ser compatibles con el tipo de construcción soportada por la losa postesada. La deflexión surge del hinchamiento o encogimiento diferencial del suelo debajo de la losa, expresado en términos de levantamiento del borde o levantamiento del centro. Esta deflexión es mitigada por la rigidez y resistencia de la losa.

El área de contacto con el suelo de la losa tanto en las losas nervadas enterradas como en las losas de espesor uniforme es igual al área total de la losa. Esto significa que cuando la losa se somete a fuerzas de elevación debidas a la expansión del suelo, el 100% del área de expansión del suelo debajo de la losa ejerce fuerza sobre la losa. La fuerza hacia arriba es resistida por la rigidez de la losa, el peso de la losa y la estructura de arriba.

Más recientemente, se ha utilizado una losa postesada de tercera generación en Estados Unidos y México. Utiliza formas huecas, o "cajas de gofres", en una disposición de cuadrícula, las formas se colocan directamente sobre el nivel para crear huecos en un patrón similar a una gofre, con nervaduras en ambas direcciones y tendones postensores ubicados en las nervaduras. Luego se coloca concreto sobre las formas, creando la base "Wafflemat".

Figura 2 y XNUMX - Vista en corte de la base Wafflemat. Solo el perímetro y las nervaduras interiores están en contacto con el suelo, lo que aumenta la tensión de carga y permite que los suelos hinchados se expandan hacia los espacios vacíos entre las nervaduras.

El Wafflemat está en contacto con el suelo solo en la parte inferior de las nervaduras creadas por las Waffleboxes, un área de contacto mucho menor que el área total de la losa. La reducción del área de contacto es significativa porque hay menos superficie sobre la que los suelos hinchados pueden ejercer fuerza y ​​aumenta la tensión de apoyo superpuesta. El mayor esfuerzo de carga resultante de la estructura contrarresta las presiones de hinchamiento del suelo. Por el contrario, las losas nervadas enterradas y las losas de espesor uniforme tienen menor esfuerzo de carga y, por lo tanto, tienen una menor capacidad para resistir presiones de hinchamiento.

Un estudio completado en 1997 (ref. 1) monitoreó 28 cimentaciones de Wafflemat en condiciones adversas. El estudio mostró que se midió poco movimiento durante un período de 12 meses para los Wafflemats, que fueron reforzados convencionalmente. Las preparaciones de las almohadillas variaron enormemente: algunas estaban muy empapadas, otras no. Las lecturas de nivel del estudio mostraron una excelente mitigación de los efectos expansivos del suelo para los 28 cimientos de Wafflemat en suelos con IP que van de 26 a 58.

Investigaciones anteriores, señaladas en el estudio de 1997, mostraron que las presiones causadas por la hinchazón de los suelos se redujeron debido a los vacíos en las bases de Wafflemat. La presión del suelo fue aliviada por la expansión del suelo hasta varias pulgadas verticales en los vacíos. Las lecturas de nivel tomadas en la parte superior de los Wafflemats mostraron poco movimiento a pesar de que el Wafflemat se construyó sobre una subrasante moderadamente seca y, posteriormente, se inundó parcialmente en un lado para simular condiciones extremas. Con el tiempo, la humedad debajo del Wafflemat se estabilizó y se volvió uniforme. A lo largo de este proceso, las lecturas de nivel variaron poco y el rendimiento de las bases de Wafflemat estuvo dentro de los límites de capacidad de servicio.

La práctica actual en el diseño de cimientos de Wafflemat postensados ​​utiliza la tercera edición del "Diseño de losas postensadas en el suelo" del Instituto de postesado. Esto significa que una base Wafflemat está diseñada para obtener la misma rigidez que las esteras nervadas o las losas de espesor uniforme.

Sin embargo, el rendimiento inherente del Wafflemat es superior. Con la misma rigidez, pero con un área de contacto reducida, el Wafflemat experimenta menos movimiento. En esencia, este sistema de cimentación, con una rigidez equivalente, experimenta una carga ascendente significativamente menor.

En resumen, se han probado millones de pies cuadrados de Wafflemat residencial observando el comportamiento en condiciones severas durante más de 15 años. Durante este tiempo, el movimiento de la base debido a la hinchazón de la tierra ha demostrado estar dentro de los límites aceptables. La práctica de diseño actual proporciona a las losas de Wafflemat postensado una rigidez igual o mejor que otros tipos de losas postensados, pero con menos susceptibilidad a las presiones de hinchamiento ejercidas por suelos expansivos. El Wafflemat proporciona todos los beneficios de la nervadura enterrada y las losas de espesor uniforme, pero con un mejor rendimiento proporcionado por su geometría y área de contacto más pequeña. Este enfoque proporciona una losa de rendimiento superior como lo demuestran las pruebas de campo y la falta de deterioro estructural en las instalaciones hasta la fecha.

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