CLASIFICACION:
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POR SU FORMA DE TRABAJAR Las zapatas aisladas pueden ser rígidas o flexibles: Se definen como zapatas rígidas aquellas cuyo vuelo no supera al doble del canto; y como zapatas flexibles aquellas cuyo vuelo supera al doble del canto.
En las zapatas rígidas la distribución de presiones sobre el terreno puede suponerse plana; pero para su cálculo como piezas de concreto, al igual que sucede en las ménsulas cortas, no puede aplicarse la teoría general de flexión, sino que es necesario aplicar el método de las bielas y tirantes Por el contrario, en las zapatas flexibles la distribución de presiones sobre el terreno depende de la rigidez relativa entre suelo y zapata; suponer una ley plana queda del lado de la inseguridad para la comprobación de las presiones (que serán mayores en el centro de la zapata para carga centrada y zapata muy flexible) y del lado de la seguridad para el cálculo de la pieza de hormigón. El cálculo de ésta se hace por la teoría general de la flexión, como si fuera una losa o una viga plana.
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POR SU MORFOLOGÍA Las zapatas aisladas se emplean para transmitir al terreno la carga de un solo soporte y su planta suele ser cuadrada o rectangular. Las formas típicas de la sección de la zapata son las indicadas en la figura si bien las normalmente empleadas son las de espesor constante por su fácil ejecución.
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POR SU FORMA Las zapatas aisladas rectangulares se aplican en ambas direcciones de lo indicado para la distribución transversal en zapatas continuas bajo muro. Si la zapata es rígida y la resultante en su base tiene una doble excentricidad, es decir, cuando además del axil N el soporte transmite a la zapata dos momentos Mx, My, el problema se soluciona aplicando la ley de Navier generalizada:
Donde δi es la presión bajo cada uno de los cuatro vértices, obtenida utilizando las cuatro combinaciones posibles de signos. Para que la fórmula sea válida debe resultar δi < o.
Si el soporte no estuviese centrado con la zapata sino que presentase excentricidades ex, ey con respecto a los ejes que pasan por el centro de la misma, el problema se reduciría al anterior con:
CARGAS: CARGA CENTRADA •
Si la zapata es rígida, se supone distribución uniforme. Si la zapata es flexible, se supone distribución uniforme si el terreno es cohesivo; si el terreno no tiene cohesión, se hace el doble supuesto, es decir, distribución triangular para el cálculo geotécnico y uniforme para la estructura. La tensión resultante debe ser menor que la admisible. •
CARGA EXCÉNTRICA Cuando la resultante de la carga pasa por el núcleo central se obtiene una distribución trapecial. La máxima tensión (en el borde de la zapata) vale:
Se trabaja siempre por metro de longitud (b=l). Pero se admite que esta tensión supere a la admisible, ya que es puntual, en el mismo borde, y el terreno cederá un poco en ese punto, con lo que se redistribuyen las tensiones de forma más favorable. Por ello, la tensión que se toma de referencia es la tensión al cuarto de la luz, es decir, la semisuma de a1 y la tensión en el centro, que vale:
Debe resultar menor que δadm.
DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA: DISEÑO EN PLANTA: •
δn =
esfuerzo neto del terreno
δn = δ t – hf ϒ m – s/c
ϒm
hf = altura del suelo sobre la zapata
(s/c = sobrecarga sobre NPT)
= densidad promedio del suelo
Se debe trabajar con condiciones de carga de servicio (no se factoran las cargas). En caso de que la carga P, actúe sin excentricidad, es recomendable buscar que: Lv1 = Lv2
Por lo que se puede demostrar que:
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DIMENSIONES DE LA ALTURA HZ DE LA ZAPATA: La condición para determinar el peralte efectivo de zapatas, se basa en que la sección debe resistir el cortante por penetración (punzonamiento). Se asume que ese punzonamiento es resistido por la superficie bajo la línea punteada. (Debemos trabajar con cargas factoradas).
Vu = Cortante por punzonamiento actuante Vc = Resistencia al cortante por punzonamiento en el concreto
La resistencia del concreto de corte por punzonamiento es igual a la menor determinada a través de las siguientes expresiones:
Donde:
bo = perímetro de la sección critica
αs =
parámetro igual a 40 para aquellas columnas en que la sección critica de punzonamiento
tiene 4 lados; 30 para las que tienen 3 lados y 20 para las que tienen 2 lados.
bo = 2m + 2n ( perímetros de los planos de las fallas)
DISTRIBUCION DEL REFUERZO POR FLEXION (ACI 318-05):
En zapatas en una dirección y zapatas cuadradas en dos direcciones, el refuerzo será distribuido uniformemente a través de todo el ancho de la zapata.
En
zapata rectangulares en dos direcciones, el refuerzo será distribuido de acuerdo a las siguientes
recomendaciones:
El refuerzo en la dirección larga será distribuido uniformemente a través de todo el ancho de la zapata.
El
refuerzo en la dirección corta, se deberá repartir en dos partes, una porción (la mayor) será distribuida
uniformemente sobre un franja central igual al ancho de la zapata en la dirección corta, siendo este refuerzo el dado por: El
refuerzo
restante
será
distribuido
uniformemente sobre las franjas laterales.
TRANSFERENCIA DE LA FUERZA EN BASE DE LA COLUMNA:
Las fuerzas y los momentos en la base de la columna es transferido a la zapata por apoyo sobre el concreto, con refuerzo de acero y/o dowells.
El esfuerzo de contacto entre la columna y la zapata no deberá exceder la resistencia de aplastamiento del concreto. La resistencia de aplastamiento del concreto será:
Para la columna:
Donde:
A1 = Área cargada
A2 = Área máxima en la zapata que es geométricamente igual al área de la columna.
Para la zapata:
Ø = 0.65 para columnas estribadas
Ø = 0.70 para columnas zunchadas
CONCLUSIONES:
En las zapatas cargadas excéntricamente, la reacción del suelo ya no se considera uniforme y tiene una distribución que puede ser trapezoidal o triangular, dependiendo de la excentricidad de la carga.
Las zapatas aisladas se emplean cuando el terreno tiene en su superficie una resistencia medio o alta en relación con las cargas de la estructura.
Tanto para el cálculo geotécnico como para el estructural debemos conocer la distribución de tensiones en el terreno, que depende fundamentalmente del tipo de suelo y de la rigidez de la zapata.
Si la zapata es rígida se supone una distribución uniforme
Los pasos para el diseño de una zapata aislada se puede resumir en los siguientes:
Determinar el área de la zapata en función de cargas y capacidad del terreno.
Revisar las presiones de contacto.
Estimar el espesor de la zapata.
Revisar la cortante bidireccional o punzonamiento en la zapata (acción de losa).
Revisar la cortante en una dirección (Acción de viga).
Determinar el refuerzo a flexión
Revisar la presión de contacto en la unión columna-zapata.
Determinar el refuerzo por transferencia columna-zapata (dovelas).
Hallar las longitudes de desarrollo del refuerzo
