Las zapatas aisladas son estructuras constituidas principalmente por una losa que puede tener formas diversas como cuadradas, rectangulares, circulares o c ualquier otra de acuerdo a la construcción. Las zapatas, con respecto a las acc iones que actúan en ellas, puede tener cargas axiales, cargas axiales y Pmomentos flexionantes además de las fuerzas cortantes.
1.
en que consiste el diseño de una zapata aislada con carga concéntrica La zapata aislada com�nmente se utiliza para transportar la carga concentrada de una columna cuya funci�n principal consiste en aumentar el �rea de apoyo en ambas direcciones. El calculo de estas zapatas se basa en los esfuerzos cr�ticos a que se encuentran sometidas, pero su dise�o lo determinan el esfuerzo cortante de penetraci�n, la compresi�n de la columna sobre la zapata, el esfuerzo de flexi �n producido por la presi�n ascendente del suelo contra la propia zapata, los esfuerzos del concreto en el interior de la zapata, as � como el deslizamiento o falta de adherencia del acero con el concreto.
2.
Excéntrica La resultante de la presión coincide con la fuerza axial P, pero no con el centroide de la zapata, resultando una distribución de esfuerzos no uniforme, es posible también que ocurra una inclinación de la losa en su extremo. Todo esto puede ser evitado usando un factor de seguridad más grande cuando se calcule la presión admisible del suelo. La zapata de la figura 2.2.a, tiene una excentricidad estructural ya que la carga no es colineal con el centro del área. Debe conocerse la rigidez de la unión zapata - columna como parte del análisis.
3.
Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea , o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar zapatas ni riostras. Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 10 cm. en el estrato del terreno. La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas afectadas por estas variables. En el caso que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes.
Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica , con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, antes de colocar las armaduras.
4.
Por flexion
Para el diseño por flexión se deberá considerar la sección crítica en la c ara del elemento. (3) El momento actuante lo calculamos con las cargas de los pilotes que quedan fuera de la sección crítica. La fórmula de diseño es la misma que hemos usado en los capítulos de diseño de aligerados y de vigas.
A. Diseño a flexión Los momentos máximos se encuentran en el borde de la columna o pedestal.
se toman los momentos en ambos sentidos con el valor total de la carga uniformemente distribuida. Aquí es bueno aclarar que la fundación es como una losa apoyada sobre columnas y que para diseñarla en ambas direcciones se tiene en cuenta el 100% de la carga.
el momento en el otro sentido se calcula de la misma manera. Note que estos momentos están calculados para todo el ancho de la zapata por lo tanto cuando calcule el refuerzo el ancho que se debe tomar como dato es el mismo utilizado en esta ecuación. Otra forma de calcularlo es por ancho unitario, en ese caso no se multiplica por B en la ecuación anterior. Refuerzo a colocar: Con los momentos se calcula el refuerzo necesario para atender los esfuerzos de flexión, cabe aclarar que la cuantía mínima que rige para zapatas es de 0.0018
(C.15.4.5) al igual que para losas en dos direcciones. Este refuerzo se coloca en dos capas de refuerzo perpendiculares entre sí y con sus barras uniformemente repartidas, se debe tener en cuenta que los momentos máximos son en la cara de la columna o pedestal y que en este punto el refuerzo debe cumplir con la longitud de desarrollo. Para zapatas rectangulares el refuerzo en el sentido corto de la fundación se debe distribuir de tal manera que se concentre una mayor parte de este en la zona de columna (semejante a la franja de columnas en una losa que trabaja en dos direcciones). La proporción en que se reparte este refuerzo está dada en C.15.4.4.
donde β es la relación entre el lado largo y el lado corto de la fundación y el ancho de banda se considera igual a la longitud del lado corto de la fundación. B. Diseño a cortante: Podríamos decir que la capacidad de las fundaciones está regido por los esfuerzos cortantes. Se conocen dos tipos de cortante críticos: cortante de acción como viga y cortante de punzonamiento.
Cortante de acción como viga. Este cortante es semejante al de una viga de concreto, su falla produce gritas de tensión diagonal en las proximidades de los apoyos. Para una zapata podríamos decir que ella misma es una viga ancha apoyada en la columna.
Al igual que una viga, este cortante se verifica a una distancia ”d” de la cara del apoyo y los esfuerzos máximos están dados por
en MPa
y
en kgf/cm².
Cortante por punzonamiento: Esta falla se produce con una grieta diagonal formando una superficie de cono o pirámide alrededor de la columna. La inclinación de estas grietas varia de 20 grados a 45 grados. La sección critica para evaluar el cortante se toma a una distancia igual a “d/2” de la cara de la columna o pedestal. Debido a la presencia de esfuerzos de compresión por flexión en esta zona se ha descubierto que los esfuerzos cortantes son mayores que los de acció n como viga. Esfuerzos máximos por punzonamiento: (C.11.!2.2)
MPa En el caso de columnas rectangulares con relación de lado largo a lado corto mayor que 2:
se disminuye esta resistencia a:
también las investigaciones han arrojado que la resistencia a cortante por punzonamiento depende de la relación bo/d, según esto se debe verificar que este esfuerzo no pase de:
donde: = 40 para columnas interiores = 30 para columnas de borde = 20 para columnas de esquina en todas estas ecuaciones bo es el perímetro de la sección critica de cortante por punzonamiento, y la fuerza cortante a comparar se calcula dentro de este perímetro.
Para calcular la carga cortante podemos hacerlo aplicando estática (sumatoria de fuerzas verticales) por dentro de la sección c ritica o por fuera de la sección critica: esta es por dentro cuando se calcula por fuera. Ambas ecuaciones dan el mismo valor de fuerza cortante. Esta fuerza se debe convertir a esfuerzos para compararlo con las ecuaciones anteriores:
debido a que en alguna de las ecuaciones está involucrado d, entonces el proceso de encontrar este espesor mínimo para no colocar estribos es iterativo. Por lo general se encuentra por la primera ecuación y se verifica para las otras dos. Adicionalmente la norma nos da un espesor mínimo de 25 cm (C.15.7). Podemos también jugar con las dimensiones del pedestal para aumentar el perímetro bo y por ende disminuir los esfuerzos de corte si no queremos aumentar el espesor de la fundación. Hay ocasiones en que esta medida es mas económica.
C. Falla por aplastamiento o esfuerzos de contacto e ntre columna o pedestal y fundación:
ecuación C10.13
El área de apoyo A2 se mide como una proyección del área de la columna dentro de la fundación con pendientes de proyección 2 horizontal por 1 vertical.
