ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
ZAP ZA P A T A S C ONE ON E C T A D A S
“
”
CONCRETO ARMADO II.
CURSO: DOCENTE:
ING. SERRANO ZELADA OVIDIO.
CALLE CORDOVA JOSE LUIS. NUÑEZ GARCIA HENRRY EDWIN. TARRILLO GARCÍA HERNÁN.
INTEGRANTES:
CICLO:
VIII
PIMENTEL, setiempre del 2014
ZAPATAS CONECTAS INTRODUCCIÓN: Cuando se diseña cimentaciones hay que tener en cuenta lo siguiente: Tipo de suelo (cohesivo, granular, granular con finos, de alta o baja plasticidad). Variación de estratos. Consistencia (blanda, media, dura). Las propiedades físicas y mecánicas (cohesión, Angulo de d e fricción interna, índice de compresión, módulo de elasticidad, coeficiente de balasto). Ubicación del nivel freático. Supresión de agua. Empuje de agua sobre la subestructura y superestructura. Socavación. Erosión eólica e hidráulica. Empuje de agua. Expansión y licuación del suelo. Profundidad de cimentación. Capacidad portante por resistencia. Capacidad portante por asentamiento máximo permisible. Esfuerzo neto. Asentamientos diferenciales. Totales y rotaciones. Agentesagresivos (sales, cloruros, sulfatos). Fuerza expansiva del suelo. Estabilidad del talud de la excavación. Procedimientos constructivos. Especificaciones del reglamento nacional de edificaciones, ACI, efecto de fenómenos naturales como inundaciones, sismos, etc. Peligros de d errumbes y daños, que va a representar la excavación de la cimentación propuesta. DEFINICIONES: CAPACIDAD DE CARGA LIMITE (qd):Máxima presión que se puede aplicar a la cimentación, sin que ésta penetre en el suelo. CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (qadm): Es la carga límite qd dividida dividida entre un factor de seguridad FS . q adm = q d/FS. A este esfuerzo se le llama capacidad portante. El Dr. Terzaghi recomienda que FS no sea menor que 3. La capacidad de carga admisible se obtiene con el ensayo de penetración estándar (SPT), o con el ensayo de corte directo.
ESFUERZO NETO (qneto): Es el esfuerzo útil, que queda para la superestructura, después de quitarle el esfuerzo que va a utilizar el peso del relleno del suelo y la sobrecarga de piso: Qneto = qadm – γ * Df - sobrecarga de piso Donde: γ = peso específico del relleno. Df = Profundidad de cimentación. Sobrecarga de piso = 500 kg/m2. PRESION DE CONTACTO (qc):Es producida por las cargas de la superestructura, y actúa debajo de la zapata, en el encuentro zapata-suelo. En el diseño de cimentaciones, se busca que qc sea menor o igual a qneto. ZAPATAS CONECTADAS: Están formadas por zapatas acopladas con vigas de conexión (o vigas de atado). Se colocan vigas de conexión, para evitar los desplazamientos horizontales, soportar los momentos de las columnas (especialmente por sismo), disminuir el efecto de los asentamientos diferenciales y, para soportar los momentos, debido a la excentricidad de la carga de la columna y la reacción del suelo, que se produce en las zapatas excéntricas. La colocación de vigas de atado, es obligatorio en estructuras construidas en zonas sísmicas. Además deben colocarse en ambas direcciones formando un a retícula. La cimentación de los muros perimetrales genera por lo general presiones mayores a las admisibles del terreno, esto debido a la excentricidad que presentan. Para absorber los momentos producidos por estas excentricidades, las zapatas son conectadas mediante vigas con suficiente rigidez, de este modo no se obtienen valores de esfuerzos muy elevados en el borde exterior de la zapata excéntrica. Para el predimensionamiento de la zapata excéntrica se considera que las presiones en el suelo son uniformes, considerando las cargas de gravedad y de sismo sin amplificar se divide entre la capacidad portante del terreno para obtener el ancho de la zapata.
USOS: Es utilizada cuando la columna está ubicada en el límite de propiedad y el uso de zapatas excéntricas sometidas a presiones elevadas, debido a la distribución triangular que se produce al considerar la excentricidad de la carga actuante. CONSIDERACIONES: No se toma en cuenta el peso de la viga y su influencia en el cortante y el momento. La presión del terreno no se está considerando uniformemente repartida en toda la zapata, sino como una reacción concentrada en el eje de la zapata. La rigidez al giro de la zapata interior se desprecia y se considera como si la viga estuviera articulada en ese extremo. La viga de conexión es muy rígida de manera que ella absorbe el íntegro del momento existente en las columnas. DIMENSIONAMIENTO: El dimensionamiento de las zapatas conectadas es equivalente al de dos zapatas aisladas, que tienen las siguientes particularidades. La zapata excéntrica se dimensionará con voladizos diferentes de manera que en la dirección de la viga su dimensión sea menor que en la dirección transversal, para disminuir la excentricidad. Es recomendable que la viga tenga un ancho igual o mayor al ancho de la columna y un peralte que le permita tener buena rigidez. El fondo de la viga debe estar a 10 o 20 cm. por encima del fondo de la zapata con la finalidad de que no tome presiones del terreno. El diseño se realiza en forma similar al de zapatas aisladas y la viga de conexión similar a una viga simple sometida a esfuerzos de flexión y cortante.
Consiste en dos zapatas independientes unidas a través de una viga de cimentación. Este elemento busca transmitir el momento generado por la excentricidad de la zapata exterior a la zapata interior. La viga debe ser rígida para transferir y resistir las cargas transmitidas.
CIMENTACION EXCENTRICAS:
MODELO DEL COMPORTAMIENTO:
DISEÑO DE ZAPATAS CANECTADAS:
DISEÑO DE ZAPATAS EXTERIOR: La zapata exterior transfiere su carga a la viga de conexión, actuando la zapata como una losa en voladizo e ambos lados de la viga de conexión. Se recomienda dimensionarla en planta considerando una dimensión transversal igual a 1.5 a 2.0 veces la dimensión en la dirección de la excentricidad.
DISEÑO EN PLANTA (SERVICIO):
DISEÑO EN ALTURA (ROTURA): Por longitud de desarrollo:
Por Punzonamiento:
= .∗ .∗ = . . = .
Debe cumplir:
= .∗ .∗ = ∗ ∗ = ∗ = . . ∗ √ ´ ∗ ∗ . . ≤ . ≤ ∅∗ ∅ = .
Por Tracción Diagonal:
Debe cumplir: -----
≤ ∅∗ ∅ = .
= ∗∗ = ∗∗ = . ∗√ ´ ∗ ∗
Verificación de aplastamiento:
Esfuerzo Actuante: Esfuerzo admisible: Si
= ∗ = . = ∅∗
< 2 = ∅ ∗ ∗
≥ 2 = ∅ ∗ En el caso que: ≤ Si
Requiere refuerzo por aplastamiento (dados o bastones).
Calculo de As:
DISEÑO VIGA DE CONEXIÓN (V.C): Predimensionamiento de Viga de Conexión (v.c.):
b=30 cm (edificios pequeños)
=
b=40 cm a 50cm (edificios medianos ≤10pisos)
b=60 a 80cm. (edificios altos)
ASR = Acero de reparticion 10% As principal Calculo de ´ (Rotura):
∗ ∑ = ´ ∗ ∗ = ∗ ´ = ∗ ´ ´ ∑ = = = ´ Calculo de We :
Diagrama de diseño:
Calculo de refuerzo en V.C:
− = − + = + = = ∗∗ Diseño en planta (servicio):
´ = = ∗ = ∗ = ∗ = √ ∗∗ Diseño de zapata interior: Se diseña como una zapata aislada. Puede considerarse la reacción de la viga de conexión. En el diseño de cortante por punzonamiento se considera la influencia de la viga de conexión en la determinación de la zona crítica. Diseño en altura (rotura): Por longitud de desarrollo:
Por punzonamiento:
Por tracción diagonal:
= .∗ ( ´´) ) = . ∗( ∗
Calculo de As:
Croquis de refuerzo:
EL MODELO ESTRUCTURAL: Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en el esquema siguiente, donde P1 y P2 son las cargas actuantes, R1 y R2, son las reacciones del suelo, s1 es el ancho de columna, “ L” es la separación entre cargas, y “ x” es la distancia al punto de momento máximo.
Tomamos momentos respecto al punto 2, resulta:
R1 = P1* L / m Como L>m, entonces R1>P1 Calculamos T1: T1 = R1 / (qneto * B1)
EL MOMENTO MÁXIMO DE DISEÑO: Hallamos “x “, el punto de cortante cero y de momento máximo: qu1*x – P1u =0
x = P1u / qu1
= 1∗ ( ⁄2) ∗ /2 Determinamos el diagrama de momentos:
El área de acero se calcula con:
= [∅∗ ∗ ( ⁄2)] = ∗ /0.85∗ ∗
Las zapatas excéntrica y centrada, se diseñan con los criterios de zapatas aisladas.
Requisitos del código de construcción para hormigón estructural según ACI, norma 318m-02 y 318s-05: En lo referente a estructuras sismorresistentes, da las siguientes especificaciones de cimentaciones: 21.10.3.1.-las vigas apoyadas en el suelo diseñadas para actuar como acoples horizontales entre las zapatas o coronamientos de pilotes, deben tener refuerzo longitudinal continuo que debe desarrolarse dentro o masalla de la columna soportada o estar anclada dentro de la zapata o del cabezal del pilote en todas las discontinuidades.
21.10.3.2 – Las vigas sobre el suelo diseñadas para actuar como acoples horizontales entre zapatas o cabezales de pilotes deben ser dimensionadas de tal manera que la menor dimensión transversal sea igual o mayor que el espacio libre entre columnas conectadas dividido por 20, pero no necesita ser mayor a 450 mm. Se deben proporcionar amarras cerradas con un espaciamiento que no exceda al menor entre la mitad de la menor dimensión transversal o 300 mm. Esta última especificación da una proporción que relaciona el ancho de la viga de conexión en función de la separación entre columnas, que puede ser usada para pre-dimensionado. La norma ACI 318R-08 dice lo siguiente: 21.12.2.1 El refuerzo longitudinal de columnas y muros estructurales que resistan fuerzas inducidas por efectos del sismo, deberá extenderse dentro de la zapata, cabezal de pilote, y deberá desarrollarse por tracción en la interface.
DISEÑO DE ZAPATAS Y VIGAS DE CONEXIÓN: Usando el procedimiento de diseño mencionado, se han calculado las áreas de las zapatas excéntrica (B1xT1, en m2), interior (B2 = T2, en metros), y las secciones y aceros de las vigas de conexión; para las variables: Número de pisos (N). Separación de columnas (L) en metros. El esfuerzo neto (qneto). La separación de columnas se consideró igual en ambas direcciones. No se incluyó el efecto del sismo. Además f’c = 210 kg/cm2, fy = 4200 kg/cm2. Se presenta la sección (bxh, cm2), y los aceros del lecho superior (As superior.) e inferior (As inferior) de la viga de conexión. Se ha colocado el Momento flector máximo de la viga de conexión (Mu máx), para añadirle el que resulta del análisis sísmico (y otros efectos de la naturaleza), y sea verificado, mejorado y adecuado a sus fines, por el diseñador. Se ha partido desde una dimensión pequeña (L = 3 m) hasta L = 6 m, para poder barrer un campo variado, de medidas comunes de edificaciones. Estas tablas pueden servir para pre-dimensionar zapatas conectadas. Cuando el esfuerzo neto (qneto) o las luces (L) de su proyecto particular, no sean exactamente los valores dados en las tablas, se pueden interpolar, o tomar el valor inmediato superior.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: La capacidad portante del suelo, limita el número de pisos de una edificación, que posee cimentaciones superficiales. En una cimentación con zapatas conectadas, donde existe zapata excéntrica, sometida a cargas verticales solamente, el mayor momento de la viga de conexión ocurre en el lecho superior de la misma. Cuando aumenta la capacidad portante del suelo, disminuye el concreto y acero requeridos, en las vigas de conexión y en las zapatas de una edificación; por tanto, es tarea del ingeniero civil, buscar el estrato más resistente, cambiar o compactar el suelo de cimentación. En el diseño de zapatas conectadas, incluir los efectos de: sismo, viento, vibraciones de máquinas, asentamiento del suelo, nivel freático, subpresión de agua, empuje de agua sobre la subestructura y superestructura, empuje de suelo sobre la subestructura y superestructura, licuación del suelo, expansión del suelo, derrumbes de los taludes de excavación, procedimiento de construcción, inundaciones, cambios de temperatura, agentes agresivos (sales, cloruros, sulfatos), socavación, erosión eólica e hidráulica, y demás fenómenos de la naturaleza. Hay que hacer cumplir en el diseño y construcción, las especificaciones del Código del ACI, Eurocódigos y Reglamento Nacional de Edificaciones.
LINCOGRAFIA: http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/1585/CALUA_LUI S_Y_LARA_ALEJANDRO_EDIFICIO_7_NIVELES.pdf?sequence=1 http://civilgeeks.com/2011/02/26/influencia-de-las-propiedades-del-suelo-endiseno-de-cimentaciones/ ZAPATAS_CONECTADAS._STRAP_(CANTILEVER)_FOOTINGS.pdf2013092 5-22669-1d97fsh-libre-libre. DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO-Ing. Omart Tello Malpartida. GEOTECNIA APLICADA AL DISEÑO Y CONSTRUCCION DECIMENTACIONES-Ing. William Rodríguez Serquén. ZAPATAS CONECTADAS-Ing. William Rodríguez Serquén.
