1.-Zapata-Conectada.pdf

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN FACULTAD DE INGENIRÌA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DOCENTE: GONZALES BERNILLA, VICTOR CURSO: CONCRETO ARMADO II TRABAJO: ZAPATA CONECTADA INTEGRANTES: ALARCÓN MORALES, GERARDO CHILCON CARRERA, JUAN CARLOS REYES PEREZ, SHIRLEY

JUNIO DE 2017

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN ESCUELA DE INGENIERÌA, ARQUITECTURA Y URBANISMO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INDICE Zapatas Conectadas .......................................................................................................... 3 1. Definición .............................................................................................................. 3 2. Usos: ...................................................................................................................... 4 3. Consideraciones:.................................................................................................... 4 4. Diseño .................................................................................................................... 5 4.1

Dimensionamiento ......................................................................................... 5

4.2

Dimensionamiento de la Viga de Conexión................................................... 5

4.3

Dimensión de la Zapata Exterior .................................................................... 6

4.4

Viga de Conexión........................................................................................... 6

4.5 4.6

Zapata Interior ................................................................................................ 7 El Modelo Estructural .................................................................................... 7

4.7

Mayoración de Cargas.................................................................................... 7

4.8

El Momento Máximo de Diseño: ................................................................... 8

5. Diseño de Zapata Exterior ..................................................................................... 8 5.1

Diseño en Planta ............................................................................................. 9

5.2

Diseño en Altura............................................................................................. 9

5.3

Por Punzonamiento ...................................................................................... 10

6. Diseño de Viga de Conexión: .............................................................................. 10 6.1

Pre dimensionamiento de viga de Conexión: ............................................... 10

6.2

Calculo de Presiones de Diseño o Peso de Diseño Amplificado ................. 11

6.3

Diagrama de Diseño: .................................................................................... 11

6.4

Croquis de Refuerzo:.................................................................................... 13

1. Conclusiones y Recomendaciones ...................................................................... 14 Bibliografía ..................................................................................................................... 14 Imagen 1: Zapata Conectada ............................................................................................ 3 Imagen 2:Modelo para el diseño de las Zapatas Conectadas ........................................... 4 Imagen 3:Dimensión de la Zapata .................................................................................... 5 Imagen 4:Dimensión de la Zapata Exterior ...................................................................... 6 Imagen 5: Viga de Conexión ............................................................................................ 6 Imagen 6: Modelo estructural de una Zapata Conectada ................................................. 7 Imagen 7:Mayoración de Cargas de la Zapata Exterior y la Zapata Interior ................... 7 Imagen 8: Diagrama de Momento de una Zapata Conectada........................................... 8 Imagen 9: Zapata Exterior ................................................................................................ 8 Imagen 10: Diseño en Planta de la Zapata Exterior ......................................................... 9

CURSO: CONCRETO ARMADO II DOCENTE: ING.º GONZALES BERNILLA VICTOR

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Imagen 11: Diseño por Altura de la Zapata Exterior........................................................ 9 Imagen 12:Diseño por Punzonamiento .......................................................................... 10 Imagen 13:Viga de Conexión ......................................................................................... 11 Imagen 14:Diagrama de Cuerpo Libre de la Viga de Conexión .................................... 12 Imagen 15:Diagrama de Momento Flector..................................................................... 12 Imagen 16:Diagrama de Fuerza Cortante ....................................................................... 12 Imagen 17:Croquis de Refuerzo en Zapata Conectada ................................................. 13


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Zapatas Conectadas 1. Definición La zapata conectada está constituida por una zapata excéntrica y una zapata interior unido por una viga de conexión rígida, que permite controlar la rotación de la zapata excéntrica correspondiente a la columna perimetral. 1

Se considera una solución económica, especialmente para distancias entre ejes de columnas mayores de 6 m. Usualmente es más económico que la zapata combinada. Las zapatas conectadas consisten en dos zapatas independientes unidas a través de una viga de conexión. Este elemento busca transmitir el momento generado por la excentricidad que se presenta en la zapata exterior, a la zapata interior por lo que la zapata exterior se dimensiona alargada para que tenga la menor excentricidad. La viga debe ser lo suficientemente rígida como para garantizar esta transferencia y debe ser capaz de resistir las cargas trasmitidas. Para el diseño, se asume que el peso propio de la viga es resistido por el relleno debajo de ella y que la reacción del terreno a las cargas se produce únicamente a través de las zapatas. Esta suposición es coherente, si se toma en cuenta que el terreno debajo de la viga se afloja reacciona solo lo suficiente para soportar el peso de la viga.

P1

P2

R1

R2

P1

R1

P2

R2

Imagen 1: Zapata Conectada

La viga de conexión se idealiza como un volado como el mostrado en la Imagen 2. La carga P’ en el extremo debe ser de tal magnitud que ocasione en el extremo empotrado un momento M, similar al producido por la excentricidad de la zapata exterior. La viga se diseña con los diagramas de momento flector y fuerza cortante mostrados. En la parte inferior del elemento se recomienda distribuir acero adicional igual a un tercio o un medio del refuerzo negativo para absorber asentamientos diferenciales.

1

Diseño en Concreto Armado – I CG - R oberto Morales


3


P’

Modelo para el diseño de la viga de conexión --------L--------P1

Diseño de momentos

P’

Diagrama de fuerzas cortantes

Imagen 2:Modelo para el diseño de las Zapatas Conectadas 2

La zapata exterior resiste la carga P1, que baja por la columna más la carga P' proveniente de la viga de conexión. Por lo tanto, se dimensiona para una carga igual a P1+P’. El momento generado por la excentricidad de la zapata es igual a M1=P1*e, donde e es la excentricidad de la carga P. Esta zapata se hace rectangular para reducir la excentricidad e. Por su parte, la zapata interior está sometida a una fuerza igual a P 2,-P'. El dirnensionamiento de la cimentación, sin embargo, se efectúa con el total de la carga P2 lo cual está del lado de la seguridad.

2. 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. 3. 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.

2

Diseño de E structuras de Concreto - Teodoro Harmsen - 3 E dición


4


4. Diseño 4.1 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.

Imagen 3:Dimensión de la Zapata3

4.2 Dimensionamiento de la Viga de Conexión

 ≥   =  ;  = ∗   donde: L1: Espaciamiento entre la columna exterior y la columna interior. P1: Carga Total de servicio de la Columna exterior.

3



5


4.3 Dimensión de la Zapata Exterior

La zapata exterior transfiere su carga a la viga de conexión, actuando la zapata como una losa en voladizo a ambos lados de la viga de conexión. Se recomienda dimensionarla en planta considerando una dimensión transversal igual a 2 ó 2.5 veces la dimensión en la dirección de la excentricidad.

Zapata Exterior

Zapata Interior

Imagen 4:Dimensión de la Zapata Exterior 4

4.4 Viga de Conexión

Debe analizarse como una viga articulada a las columnas exterior e interior, que soporta la reacción neta del terreno en la zapata exterior y su peso propio.

Imagen 5: Viga de Conexión

4



6


4.5 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. 4.6 El Modelo Estructural

Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en la Imagen 6, donde P1 y P2 son las cargas actuantes, R 1 y R 2, 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.

Imagen 6: Modelo estructural de una Zapata Conectada

4.7 Mayoración de Cargas

Se mayoran las cargas (P 1u y P 2u), y se calculan la reacción (R u1) y esfuerzo último del suelo (q u1), como se muestra en la Imagen 7.

Imagen 7:Mayoración de Cargas de la Zapata Exterior y la Zapata Interior

Se obtendrá un diagrama similar al del modelo mostrado, pero con las cargas mayoradas.


7


4.8 El Momento Máximo de Diseño: Hallamos “x “, el punto de cortante cero y de momento máximo:

 ∗    = 0  =      =  ∗   2   ∗ 2

El diagrama de momentos nos sirve para calcular el acero de la viga de conexión que, como se observa, es mayor en el lecho superior de la viga. El diseño de variados tipos de zapatas conectadas se muestra en la figura 7.

Imagen 8: Diagrama de Momento de una Zapata Conectada

El área de acero se calcula con:

 = ∅ ∗  ∗    2  = 0.85∗∗´∗

Las zapatas excéntrica y centrada, se diseñan con los criterios de zapatas aisladas. 5. Diseño de Zapata E xterior

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. Imagen 9: Zapata Exterior


8


5.1 Diseño en Planta

Imagen 10: Diseño en Planta de la Zapata Exterior

5.2 Diseño en Altura

Imagen 11: Diseño por Altura de la Zapata Exterior


9


5.3 Por Punzonamiento

Imagen 12:Diseño por Punzonamiento

 = 1.55 ∗ 1.25 ∗   = ∗ = 1.55∗1.25∗  ∗   =    ∗   = (0.53  1.1  ) ∗ √  ∗  ∗  (0.53 1.1  ) ≤ 1.1 Debe Cumplir:

6. Diseño de Viga de Conexión:

 ≤ ∅ ∗  ∅ = 0.85

6.1 Pre dimensionamiento de viga de Conexión: 

Calculo de Peralte de Viga

ℎ = 7 

h

Calculo de Peralte de Viga

 ≥ ℎ2 CURSO: CONCRETO ARMADO II DOCENTE: ING.º GONZALES BERNILLA VICTOR

O

  ≥ 31 

b

10


6.2 Calculo de Presiones de Diseño o Peso de Diseño Amplificado

Se amplifica las cargas de servicio para el diseño y se calcula la excentricidad que se genera en relación de la carga ultima de diseño ejercida por la estructura y la reacción del suelo en la zapata excéntrica.

 = 1.25   1.25 1.0   M = 1.25   1.25   = 2  2 ZAPATA E XCE NTRI CA

-

Calculo de la reacción de la reacción del suelo de la zapata excéntrica para a continuación determinar el esfuerzo ultimo de diseño

 =   ( )  (  )

Determinada la reacción calculamos el esfuerzo de diseño

  =    6  ZAPATA I NTE RI OR

-

Calculo de la reacción de la reacción del suelo de la zapata interior para a continuación determinar el esfuerzo ultimo de diseño

 =   ( )  (  )

Determinada la reacción calculamos el esfuerzo de diseño

  =    6   6.3 Diagrama de Diseño: 

Viga de Conexión PU1

PU2 L

Viga de Conexiòn



Imagen 13:Viga de Conexión




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UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN ESCUELA DE INGENIERÌA, ARQUITECTURA Y URBANISMO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 

Diagrama de Cuerpo Libre de la Viga de Conexión PU2

PU1 L

e

L` RU2

RU1

Imagen 14:Diagrama de Cuerpo Libre de la Viga de Conexión



Diagrama de Momento Flector

 = 1   Imagen 15:Diagrama de Momento Flector 

Diagrama de Fuerza Cortante

 = 1 1

Imagen 16:Diagrama de Fuerza Cortante 

Refuerzo Longitudinal Acero Negativo

 = 1  

   = ∅      = 0.85  `  2 Acero Positivo + = (12 , 13)−>  Refuerzo Transversal por efecto de corte

 , = 3.5  CURSO: CONCRETO ARMADO II DOCENTE: ING.º GONZALES BERNILLA VICTOR

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6.4 Croquis de Refuerzo:

Imagen 17:Croquis de Refuerzo en Zapata Conectada


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1. Conclusiones y R ecomendaciones  

Hay que hacer cumplir en el diseño y construcción, las especificaciones del Código del ACI, Euro códigos y Reglamento Nacional de Edificaciones. El peso de una cimentación aislada depende de la capacidad de carga admisible del suelo, y la carga de servicio actuante en la superestructura.

Bibliografía         

ACI, C. 3. (2014). Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318 US -14) Y Comentario (ACI 318SUSR-14). Farmington Hills: ACI. Bustamante, I. O. (2017). Reglamento Nacional de Edificaciones . Lima: Oscar Vásquez Bustamante. Donini, I. R. (2011). Introducción al Calculo de Hormigón Estructural . Bueno Aires: NOBUKO. García, J. E. (2014). Diseño Estructural de Concreto Armado - Tomo II. Lima: MACRO. Harmsen, T. E. (2002). Diseño de Estructuras de Concreto Armado. Lima: Potenficia Universidad Católica del Perú. Morales, I. R. (2000). Diseño en Concreto Armado . Lima: ICG. Nilson, A. H. (2001). Diseño de Estructuras de Concreto. Bogotá: Mc Graw Hill. Ruiz, J. C. (2000). Proyecto y Cálculo de Estructuras de Hormigòn - Tomo II. España: INTEMAC. Serquén, I. W. (2013). Ingeniería Geotecnia. Lambayeque: UNPRG.


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