Diseño de Cimientos para un Edificio (Tesis)

TITULO DISEÑO DE DE LAS ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE CIMENTACION DE DE UN EDIFICIO (EDIFICIO EL TREBOL-Bucar TREBOL-Bucaramanga-Colombia) amanga-Colombia) AUTOR(ES) e-mail VLADIMIR MERCHAN [email protected] vladimirmerchan@y ahoo.es LEONARDO ALARCON NELSON BUENAHORA CARLOS DUARTE CARRERA UNIVERSIDAD Ingeniería Civil Universidad Industrial de Santander MATERIA PROFESOR Fundaciones Fundacion es WILFREDO DEL TORO CIUDAD PAIS FECHA ELABORACION Bucaramanga Bucaram anga Colombia 1998 DESCRIPCION Este proyecto tiene por objetivo el diseño de varias estructuras de cimentación como zapatas, cimientos continuos y placa flotante para un determinado sistema de columnas cargadas del edificio El Trébol, ubicado en la ciudad de Bucaramanga, la cual se encuentra en una zona de amenaza sísmica alta.

CODIGO DEL MAT MATERIAL: ERIAL:

civa0113

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DISEÑO DE CIMENTACIONES DEL EDIFICIO EL TREBOL INTRODUCCION El estudio geotécnico del suelo donde una estructura será soportada ha tomado gran importancia gracias a la Norma Sismorresistente NSR 98, que reglamenta detalladamente los estados limites, los modos de falla, las cimentaciones superficiales, las cimentaciones profundas, los asentamientos y en general todos los criterios necesarios para tener una estructura de soporte segura. La función de una zapata de cimentación es la distribuir la carga total que transmite una columna, pila o muro, incluyendo su propio peso sobre suficiente área de terreno, de modo que la intensidad de las presiones que transmita se mantenga entre los limites permitidos para el suelo que la soporta. Este proyecto tiene como objetivo el diseño de varias estructuras de cimentación como zapatas, cimientos continuos y placa flotante para un determinado sistema de columnas cargadas del edificio El Trébol en este caso.

DISEÑO DE LA PLACA DE CIMENTACION CIM ENTACION Esta placa de cimentacion incluye los ejes A, B, C y los ejes verticales 3 y 4. Escogimos para la placa unas dimensiones de 9.0*5.0 metros, e hicimos coincidir el centro geométrico con el centro de cargas, lo cual nos permite tener una capacidad de carga que no tiene en cuenta excentricidades, en caso distinto esta capacidad aumentaría produciendo un incremento sustancial en el asentamiento total. Eje Y 30 cm

420 cm

350 cm

100 cm

Eje X

60 cm

380 cm

60 cm 2

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Cálculo de capaciadad de carga. Q=P/A = 370 ton/45 m 2 =8.22 ton/m2 B =5.0 m L=9.0 m Cálculo del centro de carga. Momentos respecto al eje Y: 370 ton*x =3.8 m*(58 ton+66 ton+64 ton) x = 1.93 m Momento respecto al eje X: 370 ton*y=(54 ton+58ton)*7.7 m+(66ton+66 ton)*3.5 m y = 3.58 m Cálculo de Asentamientos. Asentamientos Inmediatos de la Arena: C1=1-0.5*( ’/Q) = 1-0.5*(1.5*1.7/8.22) =0.845  C2=1.2 Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13 15 18 19 21 20 19 15

3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3

700 770 840 910 1050 1260 1995 2205 2100 1995 1575

0.06 0.16 0.25 0.35 0.45 0.55 0.58 0.55 0.52 0.48 0.43

(Iz/E)*

∆z *10-4

0.428 1.03 1.48 1.90 1.14 2.17 1.45 1.25 1.23 1.20 1.42

∑=15.3 Asentamiento Inmediato =C1*C2*Q*∑=0.845∗1.2∗8.22∗1.53Ε−3=1.276Ε−2 metros.

Asentamiento Inmediato de la Arcilla: C’d1=1.006 para h/B=7.5/5=1.5 y L/B=9.0/5.0=1.8 C’d2=0.822 para h/B=5.5/5=1.1 y L/B=9.0/5.0=1.8 Asentamiento inmediato de la arcilla = Q*B *(1-ν2)*(C`d1-C`d2)/E 2 Con ν=0.5 y E=2500 ton/m Asentamiento inmediato de la arcilla = 8.22*5.0*(1-0.52)*(1.006-0.822)/2500 = 2.27 E-3 metros. Asentamientos por Consolidación de la Arcilla: X=B/2=5.0/2=2.5 Y=L/2=9.0/2=4.5

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Z 5.5 6 6.5 7 7.5 Capa 1 2 3 4

N=X/Z 0.46 0.42 0.39 0.36 0.33 Z 5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.82 0.75 0.69 0.64 0.60 e 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.1 0.14 0.14 0.14

I 0.097 0.0934 0.086 0.077 0.068 σ 0’ 13.16 13.71 14.26 14.81

∆σ 3.13 2.95 2.68 2.39

∆σ=4*I*Q 3.189 3.071 2.828 2.532 2.236

Log(σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.93 0.85 0.75 0.65

∑=0.317 Asentamiento por Consolidación = ∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.5*0.14*0.317/1.68=0.13 m

Asentamiento Total de la Placa de Cimentación =1.27cm+1.3cm+.227cm=2.82 cm El asentamiento de la placa cumple con el asentamiento máximo permitido que es de 3 cm.

DISEÑO DEL REFUERZO DISEÑO DEL REFUERZO DE LA PLACA DE CIMENTACION Cálculo del Refuerzo de la Placa en el Sentido “X” La idealización del sistema es una viga con dos apoyos simples y una carga distribuida equivalente a la capacidad de carga de la placa.

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18.22 Ton/m

60 cm 34.61

380 cm

60 cm 10.932

10.932 34.61

3.28

3.28

29.6

25 cm

500 cm

Cortante último Vu = 34.61ton Momento último Mu = 29.06 ton*m Chequeo refuerzo a cortante: Esfuerzo cortante: 34610/(900*18)=2.1364 Kg/cm2 Esfuerzo cortante mayorado V'u= 2.1364 / 0.85= 2.51 kg/cm 2 Resistencia nominal del concreto a cortante Vc=7,64 kg/cm 2 Resistencia nominal del acero a cortante Vs= V'u – Vc =2.51-7.64 = -5.13 kg/cm2 Según el anterior resultado no necesita refuerzo a cortante. Diseño a flexión: ♣ Para momento positivo Mu=29.06 Ton*m K= Mu/b*d 2=2906/900*182=0.01015 Con este valor de k entramos a tablas y obtenemos una cuantía ρ= 0.0028 Chequeo de la cuantía mínima Pmin= 0.0018 ρ > ρmin OK

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TULLAVE.COM Hallamos el área de refuerzo a flexión As=ρ*b*d=0.0028*900*18=45.36cm 2 23 varillas # 5 ♣ Para momento negativo Mu=3.28 Ton*m K= Mu/b*d 2=328/900*182=0.0011 Como obtenemos una cuantía menor que la mínima entonces asumimos ρ=0.0018 Hallamos el área de refuerzo a flexión As=P*b*d=0.0018*900*18=29.16cm2 23 varillas # 5

Cálculo del Refuerzo de la Placa en el Sentido “y” La idealización del sistema es una viga con tres apoyos simples y una carga distribuida igual a la capacidad de carga de la placa. A continuación se muestra la viga completa , el diagrama de cortante y momento de la misma.

30 cm

420 cm

25.3

350 cm 33.045

100 cm 18.22

5.466 51.224

30.725

32.094 9.11 0.82

25.093

25 cm 900 cm

Cortante último Vu=51.274 ton Momento último Mu=32.094 ton/m B=500 cm D=18 cm

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TULLAVE.COM F’c=210 kg/cm2 Fy=4200 kg/cm2 Chequeo de refuerzo a cortante: Esfuerzo cortante=Vu’=51224 kg/18*500=5.69 kg/cm2 Esfuerzo cortante mayorado=5.69/0.85=6.696 kg/cm2 Resistencia nominal del concreto a cortante Vc=7.64 kg/cm2 Resistencia nominal del acero a cortante Vs=Vu’-Vc=5.69-7.64 = -1.95 kg/cm2 Como el resultado anterior es negativo, no se necesita refuerzo a cortante. Diseño a flexión: ♣ Momento último negativo Mu=3459 Ton*cm K= Mu/b*d 2=3459/500*182=0.02135 Con este valor de K entramos a tablas y obtenemos una cuantía ρ= 0.0062 Chequeo de la cuantía mínima Pmin= 0.0018 ρ > Pmin OK Hallamos el área de refuerzo a flexión As=ρ*b*d=0.0062*500*18=55.8cm2 Vamos a tablas y escogemos 20 varillas #6. ♣ Momento último positivo Mu=2515 Ton*cm K=0.0155 ρ=0.0044 As=0.0044*500*18=39.6 cm2 14 varillas #6.

DISEÑO DEL REFUERZO DEL CIMIENTO CON VIGA DE ENLACE (Entre los Ejes 1-A y 2-A) DISEÑO DEL REFUERZO PARA LA ZAPATA INTERIOR (Eje 2-A) Cargas de Diseño: Factor de Seguridad=1.475 P1=30 Ton Pu1=30*1.475=44.25 Ton Qu1=18.57*1.475=23.79 Ton/m2 W=26.7 Ton/m

0.575 m

B=L=1.55 m Wu=26.7 Ton/m

0.575 m

0.4*0.4 m

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Suponiendo inicialmente d=20 cm, el chequeo de refuerzo a cortante: Vu=26.7*0.375=10 Ton Vu/φ=5.8 Kg/cm2 < 7.6 Kg/cm2 (Luego el d supuesto cumple) Ahora tomando h=30 cm, la revisión del cortante por perforación: Vc=15.2 Kg/cm2 (d/2 a cada lado de la columna) Vup=26.7*(1.552-0.52)=57.47 Ton Vup/0.85*(0.2*0.6*4)=14.08 Kg/cm2 < 15.2 Kg/cm2 Refuerzo a flexión: b=100 cm d=20 cm W=2.7 ton/m φ=0.9 M=W*L2/2=4.41 Ton*m K=M/b*d2=0.011 ρ=0.003 As=6 cm2/m Por lo tanto el refuerzo necesario será: As=6 cm2/m*1.55m=9.3 cm2 5 varillas #5 en ambos sentidos.

DISEÑO DEL REFUERZO PARA LA ZAPATA EXTERIOR (Eje 1-A) Cargas de Diseño: Factor de Seguridad=1.475 P1=46 Ton Pu2=67.85 Ton Qu2=26.64 Ton/m2 W=27.39 Ton/m

0.475 m

B=1.3 m L=1.35 m Wu=27.39 Ton/m

0.475 m

0.4*0.4 m

Suponiendo inicialmente d=15 cm, el chequeo de refuerzo a cortante: Vu=27.39*0.3=8.21 Ton Vu/φ=6.44 Kg/cm2 < 7.6 Kg/cm2 (Luego el d supuesto cumple) La revisión del cortante por perforación: ♣ Con d=15 cm: Area de perforación=0.26 m 2

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Perímetro de perforación=1.5 m Vc=15.2 Kg/cm2 (d/2 a cada lado de la columna) Vup=40.94 Ton Vup/φ=21.4 Kg/cm2 > 15.2 Kg/cm2 (Se aumenta d) ♣ Para d=20 cm: Vup=39.85 Ton Vu/φ=14.65 Kg/cm < Vc Refuerzo a flexión: M=W*L2/2=2.77 Ton*m K=M/b*d2=0.0069 ρ=0.0019 As=0.0019*100*20=3.8 cm2/m Por lo tanto el refuerzo necesario será: As=3.8 cm2/m*1.35m=5.13 cm2 5 varillas #4 En el otro sentido se ubica refuerzo mínimo: As min=0.0018*130*40=9.36 cm2 5 varillas #5.

DISEÑO DEL REFUERZO DE LA VIGA DE ENLACE (Eje A, Entre los Ejes 1-2) Es conveniente cumplir con la relación Iv ≅2*Iz Iv=Inercia de la viga Iz=Inercia de la zapata 1/12*bv*hv3=1/12*bz*hz3 Sea bv=0.35 m bz=1.55 m h=0.3 m hv=0.45 m (0.5 m) Con b=35 cm, d=45 cm y Wu=35.6 T/m: Chequeo de refuerzo a cortante: Vu/φ=15.76 Kg/cm2 > 7.6 Kg/cm2 (Por lo tanto se requieren estribos) Como se hace necesario la utilización de estribos: Estribos #3, 2 ramas Av=1.42 cm2 S= fy*Av/b*(Vs)=2384*1.42/35*(15.76-7.6)=11.85 cm S=10 (Separación en la zona confinada, hasta 2*d de la cara de la columna). Diseño a flexión: ♣ Para el refuerzo superior: Momento Ultimo Positivo Mu= P1*(L-d)*((L/L-d+(L1)/2)-1)=17.88 Ton*m K=0.0252 ρ=0.00725

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TULLAVE.COM As=11.41 cm2 5 varillas #6 ♣ Para el refuerzo inferior: ρ=0.0033 As=5.2 cm2 3 varillas #5

DISEÑO DEL REFUERZO DEL CIMIENTO TRAPEZOIDAL CON VIGA DE ENLACE (Entre los Ejes 1-B Y 2-B) DISEÑO DEL REFUERZO PARA EL CIMIENTO TRAPEZOIDAL (Entre los Ejes 1-B y 2-B) Cargas de Diseño: Factor de Seguridad=1.475 Pu1=56.05 Ton (Zapata externa) Pu2=76.7 Ton (Zapata interna) Qn=18.01 Ton/m2 B=0.925 m (Promedio) La carga distribuida se lleva a una carga distribuida lineal, multiplicandola por el ancho de ambos lados, obteniendo así una carga distribuida trapezoidal. Wu1=14.61 Ton/m Wu2=34.53 Ton/m Suponiendo inicialmente d=30 cm, el chequeo de refuerzo a cortante: Vmax=69.8 Ton Vu/φ=22.65 Kg/cm2 > 7.6 Kg/cm2 Luego debe aumentarse d (d=75 cm, obteniendo un h=75 cm) Refuerzo a flexión (En el sentido longitudinal):

♣ Refuerzo superior: B promedio=93.2 cm d=65 cm M=W*L2/2=75.25 Ton*m K=M/b*d2=0.0191 ρ=0.0055 As=0.0055*94*65=33.6 cm2 (Cálculado con el espesor de la sección de mayor momento) 7 varillas #8 ♣ Refuerzo inferior: M=3.6 Ton*m K=M/b*d2=0.0594

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ρ=0.0025 As=0.0025*130*65=21.12 cm2 8 varillas #6 Refuerzo a flexión (En el sentido transversal):

♣ Zapata bajo columna exterior: B=0.55 m (Diseño por metro) Wu=56 Ton/m2/0.55 m=101.81 Ton/m Vu/φ < Vc Mu=0.28 Ton*m K=M/b*d2=0.00044 (menor que el mínimo) ρ min=0.0018 As=0.0018*100*65=11.7 cm2/m As=11.7*(b+d)=11.7*(0.55+0.65)=14.04 cm2 (el refuerzo debe ubicarse mínimo a una distancia b+d para la zapata exterior) varillas ♣ Zapata bajo columna interior: B=1.3 m (Diseño por metro) Wu=76.7 Ton/m2/1.3 m=59 Ton/m Vu/φ < Vc Mu=5.97 Ton*m K=M/b*d2=0.00141 ρ min=0.0038 As=24.7 cm2/m (Debe ubicarse a una distancia 2*d+b) As=61.75 cm2

DISEÑO DEL REFUERZO DE LOS CIMIENTOS CONTINUOS Y DE LAS VIGAS DE ENLACE (Entre los Ejes 1-2 y D-E) DISEÑO DEL REFUERZO DE LOS CIMIENTOS CONTINUOS (Ejes 1-2 y D-E) Partiendo inicialmente de: ∆R=2.54 Ton Qext=18.84 Ton/m2 Qint=18.99 Ton/m2 Factor de seguridad promedio=1.475 Pu3=82.2 Ton Pu4=71.87 Ton f’c=210 Kg/cm2

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♣ Cimiento Interior (Entre ejes 2-D y 2-E) Del análisis de los diagramas de cortante y momento: Vu=62.27 Ton Mu(+)=77.63 Ton*m Mu(-)=13.68 Ton*m Chequeo de refuerzo a cortante: d=50 cm Vu/φ=10.96 kg/cm2 >Vc=7.64 Kg/cm2 d=65 cm Vu/φ=7.67 kg/cm2 < Vc=7.64 Kg/cm2 Diseño a flexión: f’c=210 Kg/cm2 fy=4200 Kg/cm2 b=100 cm d=65 cm ♣ Momento Ultimo Positivo Mu= 77.63 Ton*m K=0.01837 ρ=0.0053 As=34.45 cm2 9 varillas #7 ♣ Momento Ultimo Negativo Mu=13.68 Ton*m K=0.00323 ρ=0.0018 As=11.7 cm2 6 varillas #5

♣ Cimiento Exterior (Entre ejes 1-D y 1-E) Lleva refuerzo mínimo por considerarse que en este sentido no actúan momentos. ρ min=0.0018 As=0.0018*100*80=14.4 cm2 varillas #

DISEÑO DEL REFUERZO DE LA VIGA DE ENLACE (Eje D, Entre los Ejes 1-2) Asumiendo inicialmente: b=40 cm d=35 cm h=45 cm

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Llevando a cabo un procedimiento semejante al realizado para la placa de cimentación, obtenemos: Qn ext=18.84 Ton/m2 Wu=18.84*1.475*8.5/2=76.42 Ton/m Chequeo de refuerzo a cortante: Vu/ φ=40710/0.85*35*40=34.21 > Vc=7.6 (se tienen que utilizar estribos) Como se hace necesario la utilización de estribos: Estribos #3, 2 ramas Av=1.42 cm2 S= fy*Av/b*(Vs)=2384*1.42/35*(34.21-7.6)=3.63 cm Diseño a flexión: ♣ Para el refuerzo superior: Momento Ultimo Positivo Mu=P1*(L-d)*((L/L-d+(L1)/2)-1) Mu=56.05(5-0.5)*(5/(5-0.5+0.7/2) –1)=7.80 Ton*m K=0.0159 P=0.0045 As=0.0045*40*35=6.3 cm2 5 varillas #4 ♣ Para el refuerzo inferior: As=0.0033*40*35=4.62 cm2 2 varillas #4 y 1 #5

DISEÑO DEL REFUERZO DE LA VIGA DE ENLACE (Eje E, Entre los Ejes 1-2) Partiendo de los valores: Vu=31.9 Ton P1=47.2 Ton L=500 cm d=50 cm El Momento Ultimo Mu=656.91 Ton*cm Asumiendo b=40 cm, d=35 cm y tomando los valores de Vc=7.64 kg/cm 2, fc’=210 kg/cm2 y fy=4200 kg/cm2: Chequeo de refuerzo a cortante: Vu/φ=26.81 kg/cm2 > Vc=7.64 kg/cm2 (se deben utilizar estribos) Como se hace necesario la utilizacion de estribos: Vs=26.81-7.64=19.17 Kg/cm 2

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Estribos #3, en dos ramas. Av=1.42 cm2 S=7.78 cm d/4=7.5 cm S escogido=7.5 cm Colocamos estribos hasta una distancia 2d del borde del apoyo (11 estribos #3 cada 7 cm para cada extremo). En el resto de la longitud de la viga colocamos 20 estribos #3 cada 15 cm. Diseño a flexión: ♣ Para el refuerzo superior: K=0.0134 P=0.0037 As=5.18 cm2 Se utilizan 2 varillas #6 ♣ Para el refuerzo inferior: Pmin=0.0033 As=4.62 cm2 Se utilizan 2 varillas #6

DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE CIMENTACION Para estimar esta profundidad nos basamos en la determinación de una capacidad de carga usando las ecuaciones dadas por Meyerhof las cuales se recomiendan en suelos granulares o donde el perfil muestre que los estados de consistencia van aumentando. Qu= C*Nc*Sc*dc+q*Nq*Sq*dq+1/2 γ∗Β∗Νγ∗Sγ*dγ En donde C=0 por tratarse de una arena. Estimando un φ=30º tenemos: Nq=18.4 Nγ=15.7 Sq=Sγ=1+0.1*Kp*B/L 2 Kp=tan (45+ φ/2 )=3 y B=L Sq=1.3 dq=dγ=1+0.1*√Kp*Df/B=1+0.1732*Df/B

Reemplazando valores tenemos: Qu=q*18.4*1.3*(1+0.1732*Df/B)+0.5γ*B*15.7*1.3*(1+0.1732*Df/B)

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Df (m)

B (m)

1

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5

Qu (ton/m 2) 79.48 87.25 96.39 106.09 116.05 126.17 136.4 157.01

Df (m)

B (m)

1.5

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5

Qu (ton/m2) 98.7 102.09 108.12 115.21 122.83 130.75 138.85 155.41

Df (m)

B (m)

2

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5

Qu (ton/m2) 132.85 132.14 136.12 141.97 148.77 156.1 163.77 179.71

Con base en los resultados obtenidos se ha decidido tomar una profundidad de cimentación de 1.5 metros para la que se tiene una capacidad de carga ultima del suelo de 102 ton/m 2, y usando un factor de seguridad de 1.5 obtenemos una capacidad admisible de 68 ton/m 2. Inicialmente debe dimensionarse la zapata para la columna con mayor carga (P=66 Ton) hasta obtener aquella que no sobrepase la capacidad de carga admisible y que además cumpla con los asentamientos máximos permitidos. A partir de estos resultados obtenemos una capacidad de carga neta para dicha zapata y con esta dimensionamos los demás elementos de la cimentación.

PREDIMENSIONAMIENTO !

Columna con mayor carga (Ejes 3-B y 4-B). P=66 ton Df=1.5 m Qad=68 ton/m2 Área necesaria=66 ton/68 ton/m 2=0.98 m2 por lo que tomamos B=L=1.0 m.

#

Cálculo de los Asentamientos.

Asentamiento Inmediato de la Arena: ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z Donde: C1=1-0.5*(σo’/Q) y

σo’=γ*Df C2=1+0.2*Log(t/0.1) y t=1 año. Luego C2=1.2 E=Módulo de elasticidad Iz=Factor de influencia que depende de la forma, el tamaño y la profundidad de cimentación.

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Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4

0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13

3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2

700 770 840 910

0.31 0.47 0.27 0.9

(Iz/E)*

∆z *10-4

2.21 3.05 1.6 4.94

∑=11.81

σo’=1.7*1.5=2.55 ton/m2

2

Q=P/A=66 ton/m

C1=1-0.5*(2.25/66)=0.98 ρi=0.98*1.2*66*11.81E-4=8.6E-2 m = 8.6 cm

Este asentamiento excede en 5.6 cm al asentamiento máximo permitido por lo que deben aumentarse las dimensiones de la zapata. Para un B=1.4 m se obtuvieron los siguientes asentamientos: ρi arena=3.8*E-2 m.=3.8 cm Para un B=1.6 m se obtuvieron los siguientes asentamientos: ρi arena=3.22*E-2 m.=3.22 cm Para un B=1.8 m se obtuvieron los siguientes asentamientos: ρi arena=2.8*E-2 m.=2.8 cm ρi arcilla=2.3*E-3 m=0.23 cm, sobrepasando el máximo permitido. Para un B=1.9 m se obtuvieron los siguientes datos: Q=66ton/(1.9m)2=18.28 ton/m2 Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4 5 6 7 8

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13 15 18 19 21

3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2 2 2 3 3

700 770 840 910 1050 1260 1995 2205

0.17 0.47 0.53 0.42 0.31 0.21 0.11 0.02

Q=18.28 ton/m2 σ0’=2.55 ton/m2 C1=0.938 C2=1.2

(Iz/E)*

∆z *10-4

1.21 3.05 3.15 2.30 1.47 0.055 0.0275 0.027 ∑=12.06

Asentamiento inmediato de la arena=0.02482 m=2.482 cm

Asentamiento Inmediato de la Arcilla:

16

TULLAVE.COM

ν=0.5 (Módulo de Poisson para una arcilla saturada) 2

E=2500 Ton/cm B=L=1.9 m

H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=1.015 para h/B=7.5/1.9=3.94 y L/B=1.9/1.9=1.0 C’d2=0.9856 para h/B=5.5/1.9=2.89 y L/B=1.9/1.9=1.0 Asentamiento inmediato de la arcilla = Q*B*(1-ν2)*(C`d1-C`d2)/E 2 Con ν=0.5 y E=2500 ton/m Asentamiento inmediato de la arcilla = 18.28*1.9*(1-0.5 2)*(1.015-0.9856)/2500 = 3.063 E-4 metros=0.03 cm

Asentamientos por Consolidación de la Arcilla: X=B/2=1.9/2=0.95 Y=L/2=1.9/2=0.95 Z

N=X/Z

M=Y/Z

I

5.5 6 6.5 7 7.5

0.172 0.158 0.146 0.135 0.13

0.172 0.158 0.146 0.135 0.13

0.011 0.01 0.009 0.007 0.006

Capa

Z

1 2 3 4

5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

E

Cc

0.68 0.68 0.68 0.68

0.14 0.14 0.14 0.14

σ 0’ 13.16 13.71 14.26 14.81

∆σ 0.767 0.694 0.5849 0.4752

∆σ=4*I*Q 0.8 0.73 0.66 0.51 0.44 Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’)

2.35*E-2 2.14*E-2 1.74*E-2 1.37*E-2

∑=7.617∗Ε−2 Asentamiento por consolidación = ∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)= 0.5*0.14*0.07617/1.68 = 0.00317 metros = 0.317 cm

Asentamiento Total = 2.48cm+0.03cm+0.3174cm=2.827 cm El asentamiento de la zapata de la columna con mayor carga cumple con el máximo permitido. El predimensionamiento de los demás cimientos debe hacerse con la capacidad de carga neta para la columna con mayor carga. Qn=66 ton/(1.9m)2=18.28 Ton/m2

17

TULLAVE.COM

!

Columna del Eje 3-A Área necesaria=P/Qn=54 ton/18.28 Ton/m2=2.95 m2 B=1.75 metros

!

Columna del Eje 4-A Área necesaria=3.1728 m2 B=1.8 metros

!

Columna del Eje 3-B Área necesaria=3.39 m2 B=1.85 metros

!

Columna del Eje 4-C Área necesaria=3.50 m2 B=1.90 metros

!

Columnas Entre los Ejes 1-A y 2-A L1

L3

L2

L3

Columnas de 0.4*0.4 m

L=5.0 m P1=30 Ton

e

P2=46 Ton

CG

CG Qne

0.2 m

P1=30 Ton

Qni

∆R

R1

El uso de la viga de enlace tiene como fin equilibrar la zapata del eje 1, consiguiendo una reacción del suelo constante e igual para ambas zapatas. Para que cumpla el equilibrio: R1= Qne*L1*L2= ∑P1+∆R 2 R2=Qni*L3 =∑P2-∆R

18

TULLAVE.COM

Momentos en el centro de la zapata (Eje 1): ∆R*(L-e)=P1*e ∆R=P1*e/L-e Haciendo momentos alrededor del eje de la zapata interna: P1*L=R1*((L+0.4/2)-L1/2) Pi*L=Qne*L1*L2*((L+0.4/2)-L1/2) L2=P1*L/Qne*L1*((L+0.4/2)-L1/2) Haciendo Qne=Qni=Qn L2= 30Ton*5.0m/18.28*L1*(5+0.2-L1/2) Equilibrando las fuerzas verticales: P1+P2=R1+R2 2 P1+P2=Qn*L1*L2+Qn*L3 2 P1+P2=Qn*(L1*L2+L3 ) (De aquí obtenemos L3) Si suponemos L1=1.35 m obtenemos L2=1.3 m y L3=1.55 m Qni=P2-∆R/L3 Qne=(P1+ ∆R)/L1+*L2 ∆R=3.14 Ton Qni=18.06 Ton Qne=18.57 Ton # Cálculo de Asentamientos de la Zapata Externa (Eje 1-A). 2

Asentamiento Inmediato de la Arena:

ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4 5

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13 15

3.5 3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2 2

700 770 840 910 1050

0.22 0.57 0.42 0.27 0.10

(Iz/E)* ∆z *10-4 1.57 3.7 2.5 1.484 0.476

∑=9.7324

σo’=2.55 ton/m2

2

Q=P/A=18.5754 ton/m C1=1-0.5*(1.5*1.7/18.5754)=0.9313 C2=1.2 Αsentamiento inmediato de la arena=2.02 cm

Asentamiento Inmediato de la Arcilla :

ν=0.5 (Módulo de Poisson para una arcilla saturada)

19

TULLAVE.COM

2

E=2500 Ton/cm B=1.3 m L=1.35 m H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=1.070 para h/B=5.76 y L/B=1.03 C’d2=1.029 para h/B=4.23 y L/B=1.03 2

Asentamiento inmediato de la arcilla = Q*B*(1- ν )*(C`d1-C`d2)/E Asentamiento inmediato de la arcilla =0.0294 cm

Asentamientos por Consolidación de la Arcilla: X=B/2=0.65 Y=L/2=0.675 Z 5.5 6 6.5 7 7.5 Capa 1 2 3 4

N=X/Z 0.118 0.108 0.1 0.093 0.087 Z 5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.12 0.113 0.104 0.096 0.09 E 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.14 0.14 0.14 0.14

∆σ=4*I*Q

I 0.007 0.007 0.005 0.003 0.002

0.520 0.520 0.372 0.223 0.149

σ 0’

∆σ

13.16 13.71 14.26 14.81

0.520 0.446 0.298 0.186

Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.017 0.014 0.009 0.005

∑=0.04513 Asentamiento por consolidación =

∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.1880 cm

Asentamiento Total = 2.02cm+0.0294cm+0.1880cm=2.237 cm #

Cálculo de Asentamientos de la Zapata Interna (Eje 2-A).

Asentamiento Inmediato de la Arena: ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4 5 6

0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6

10 11 12 13 15 18

3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2 2 3

700 770 840 910 1050 1890

0.18 0.56 0.48 0.35 0.22 0.09

(Iz/E)* ∆z *10-4 1.3 3.6 2.9 1.9 1.0 0.285

∑=0.0011

20

TULLAVE.COM

σo’=2.55 ton/m2

2

Q=P/A=18.06 ton/m

C1=0.9294 C2=1.2 Αsentamiento inmediato de la arena=2.223 cm



E=2500 Ton/cm B=1.55 m L=1.55 m H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=1.0454 para h/B=4.83 y L/B=1.0 C’d2=1.01107 para h/B=3.54 y L/B=1.0 2


Asentamientos por Consolidación de la Arcilla: X=B/2=0.775 Y=L/2=0.775 Z 5.5 6 6.5 7 7.5

Capa 1 2 3 4

N=X/Z 0.1409 0.1291 0.1192 0.1107 0.1033

Z 5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.1409 0.1291 0.1192 0.1107 0.1033

E 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.14 0.14 0.14 0.14

I 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005

σ 0’

∆σ

13.16 13.71 14.26 14.81

0.61404 0.5418 0.46956 0.39732

∆σ=4*I*Q 0.6501 0.577 0.505 0.4334 0.3612

Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.02 0.017 0.014 0.011


∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.259 cm

Asentamiento Total = 2.223cm+0.028cm+0.259cm= 2.51cm

21

TULLAVE.COM

!

Columnas Entre los Ejes 1-B y 2-B 2

1

B

X1 X’ P1=38 Ton

R

P2=52 Ton

5.0 m 5.2 m

La resultante R de las cargas P1 y P2 : R=38 Ton+52 Ton=90 Ton Su distancia al eje de la columna X’ se obtiene tomando momentos con respecto al eje 1: P2*5=R*X’ X’=52*5/90=2.89 m El área de la zapata deberá ser: 2 2 A=R/Qn=90 Ton/18.28 Ton/m =4.923 m El sistema de cargas P1 y P2 pueden descomponerse en dos cargas P1’ y P2’ que pasen por 1/3 del largo de la losa medida desde el extremo. 2.89 m

P1=38 T

P1’

2.11 m

R=90 T

X1

P2’

P2=52 T

X2 Columnas de 0.4*0.4 m

B

b

L=5.4 m

X=X1=X2=L/3-0.2 =5.4/3 -0.2=1.6 m

22

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Las cargas P1’ y P2’ vienen dadas por: 1. Momentos con respecto al punto de aplicación de P2’ deben cumplir: P1’*((2.89-X)+(2.11-X))=R*(2.11-X) P1’*(1.29+0.51)=90*0.51=25.5 Ton 2. Momentos con respecto al punto de aplicación de P1’ deben cumplir: P2’(1.29+0.51)=R*1.29 P2’=64.5 Ton Comprobando: P1’+P2’=25.5+64.5=90=R Con estos datos pueden calcularse las bases del trapecio: b*L/2*Qn=P1’ b*5.4/2*18.28 =25.5 ton b=0.516 m (aproximado a 0.55 m) B*L/2*Qn=P2’ B*5.4/2*18.28=64.5 Ton B=1.306 m (aproximado a 1.3 m) Qn=R/Atrapecio=90 Ton/((0.55+13)/2)*5.4=17.018 Ton/m

#

2

Cálculo de Asentamientos de la Zapata Trapezoidal (Ejes 1-B y 2-B).

Asentamiento Inmediato de la Arena: 2

Qn=18.018 Ton/m B(promedio)=0.925 m L=5.4 m ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4

0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13

3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2

700 770 840 910

0.35 0.47 0.27 0.7

(Iz/E)* ∆z *10-4 2.5 3.05 1.6 2.69

∑ =0.000985

σo’=2.55 ton/m2

2

Q=P/A=18.018 ton/m



23

TULLAVE.COM


E=2500 Ton/cm B=0.925 m L=5.4 m H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=2.09 para h/B=8.1081 y L/B=5.8378 C’d2=1.8431 para h/B=5.94 y L/B=5.8378 2 Asentamiento inmediato de la arcilla = Q*B*(1- ν )*(C`d1-C`d2)/E Asentamiento inmediato de la arcilla =0.1234 cm


N=X/Z 0.084 0.077 0.071 0.066 0.062 Z 5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.49 0.45 0.4153 0.3857 0.36 E 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.14 0.14 0.14 0.14

I 0.017 0.015 0.013 0.011 0.010

σ 0’

∆σ

13.16 13.71 14.26 14.81

1.151 1.009 0.865 0.757

∆σ=4*I*Q 1.225 1.081 0.937 0.793 0.721

Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.0364 0.0308 0.0255 0.0216


∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.4769 cm

Asentamiento Total = 1.979cm+0.1234cm+0.4769cm= 2.579cm

24

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!

Columnas Entre los ejes 1-2 y D-E 1

2 D

P=38 T

P=57 T

L2 L4

P=32 T

P=50 T

E

Y L1

L3

X

L=5.0 m

Se dimensionó con el fin de conseguir que la resultante de las cargas coincida con el centro geométrico en el eje y: 1. Momentos con respecto al eje 1-E: 70*(L2/2-0.2)=3.8*4.5=5.5 m (aproximadamente) 2. Momentos con respecto al eje 2-E: 107*(L4/2 –0.2)=57*4.5=5.5 m (aproximadamente) Para determinar las dimensiones L1 y L3 es necesario tener en cuenta las vigas de amarre; considerando la carga resultante en los dos cimientos continuos tenemos: P1=70 T

R

R1 e

R1=Qn*L1*L2=P1+R R2=Qn*L4*L3=P2-R En donde las dimensiones L2 y L4 son conocidas (5.5 m) Haciendo momentos alrededor del eje 2, tenemos: Rext*L=R1*(L-e) Rext*L=Qn*L1*L2*(L-e) 70 Ton*5 m=18.28*L1*5.5*(5-(L1/2 –0.2)) Luego L1=0.70 m (aproximadamente)

25

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Haciendo sumatoria de fuerzas verticales: Rext+Rint=Qn*L1*L2+Qn*L3*L4 70+107=18.28*(0.7*5.5+L3*5.5) Luego L3=1.0 m. #

Cálculo de Asentamientos de la Zapata Externa (Eje 1, Entre los Ejes D-E)


Qn=22.079 Ton/m B=0.7 m L=5.5 m ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3

0.5 0.5 0.5

10 11 12

3.5 3.5 3.5

2 2 2

700 770 840

0.4 0.37 0.12

(Iz/E)* ∆z *10-4 2.857 2.403 7.143

∑=0.00060

σo’=2.55 ton/m2

2

Q=P/A=22.079 ton/m




E=2500 Ton/cm B=0.7 m L=5.5 m H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=1.974 para h/B=10.71 y L/B=7.857 C’d2=1.823 para h/B=7.857 y L/B=7.857 2 Asentamiento inmediato de la arcilla = Q*B*(1- ν )*(C`d1-C`d2)/E Asentamiento inmediato de la arcilla =0.07 cm

Asentamientos por Consolidación de la Arcilla: X=B/2=0.35 Y=L/2=2.75

26

TULLAVE.COM

Z 5.5 6 6.5 7 7.5 Capa 1 2 3 4

N=X/Z 0.0636 0.0583 0.0538 0.05 0.0466

∆Η

Z 5.75 6.25 6.75 7.25

0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.5 0.45 0.42 0.39 0.36 E 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.14 0.14 0.14 0.14

∆σ=4*I*Q

I 0.013 0.012 0.0105 0.009 0.007

1.148 1.0598 0.9273 0.7948 0.6181

σ 0’

∆σ

13.16 13.71 14.26 14.81

1.1039 0.994 0.8611 0.7065

Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.0350 0.0304 0.0255 0.0202


∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.46 cm

Asentamiento Total = 1.5cm+0.07cm+0.46cm=2.03 cm

#

Cálculo de Asentamientos de la Zapata Interna (Eje 2, Entre los Ejes D-E)


Qn=19.4545 Ton/m B=1.0 m L=5.5 m ρi=C1*C2*Q*∑(Iz/E)* ∆z

Capa

∆z

N

Q/N

K

E

Iz

1 2 3 4

0.5 0.5 0.5 0.5

10 11 12 13

3.5 3.5 3.5 3.5

2 2 2 2

700 770 840 910

0.3 0.5 0.3 0.1

σo’=2.55 ton/m2

(Iz/E)* ∆z *10-4 2.143 3.247 1.786

0.549 ∑=7.72

2

Q=P/A=19.4545 ton/m




E=2500 Ton/cm B=1.0 m L=5.5 m

27

TULLAVE.COM

H1=5.5 m H2=2.0 m H1+H2=7.5 m C’d1=1.93 para h/B=7.5 y L/B=5.5 C’d2=1.76 para h/B=5.5 y L/B=5.5 2



N=X/Z 0.0909 0.0833 0.0769 0.0714 0.0666 Z 5.75 6.25 6.75 7.25

∆Η 0.5 0.5 0.5 0.5

M=Y/Z 0.5 0.458 0.423 0.392 0.366 E 0.68 0.68 0.68 0.68

Cc 0.14 0.14 0.14 0.14

I 0.018 0.016 0.0135 0.012 0.0105

σ 0’

∆σ

13.16 13.71 14.26 14.81

1.3225 1.148 0.9925 0.8755

∆σ=4*I*Q 1.40 1.245 1.051 0.934 0.817

Log( σ 0’+ ∆σ/ σ 0’) 0.0415 0.0349 0.0292 0.0249


∆Η∗Cc* ∑ /(1+e)=0.544 cm

Asentamiento Total = 1.684cm+0.099cm+0.544cm=2.327 cm

28

Diseño de Cimientos para un Edificio (Tesis)

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