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Sesión 18:

ZAPATAZ COMBINADAS. ZAP ZA PATAS CO CONEC NECTTADA ADAS. S. ZAPATAS CONTINUAS.

UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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18.1 ZAPA ZAPATTAS COMB COMBINADAS INADAS 18.1.2 INTRODUCCION Las zapatas combinadas consisten en una zapata común a dos o más colu co lumn mnas as al alin inea eada das. s. Se ut util iliz izan an cu cuan ando do la di dist stan anci cia a en entr tre e és ésta tass es reducida o cuando la capacidad capacidad portante del terreno es tan baja que se requieren zapatas zapatas de gran área lo que ocasiona que éstas se traslapen. traslapen. Las dimensiones de las zapatas de las columnas exteriores de una edificación está condicionada por los límites de propiedad, gene ge nerrán ándo dose se,, po porr lo ge gene nera ral, l, ex exce cent ntri rici cida dade dess en la za zapa pata ta qu que e no pued pu eden en se serr res esis isti tida dass po porr la co colu lumn mna. a. La pr pres esió ión n de dell su suel elo o no es uniforme y en muchos casos, es imposible conseguir que los esfuerzos sean menores que la capacidad portante del terreno. En estos casos, es conveniente usar zapatas combinadas que unan la columna exterior con la interior adyacente, con objeto de eliminar dicha excentricidad y conseguir que la reacción del suelo sea uniforme. UNC Jaé Jaén n - Ing Ing.. Mar Marco co A. Agu Aguirr irre e Cam Camach acho o

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No existe una recomendación específica para el diseño de este tipo de cimentaciones. Se menciona que la estructura es indeterminada y la verdadera distribución de la presión del suelo sobre la zapata es desconocida, sin embargo se debe tener en cuenta lo siguiente: 1. Tipo de terreno inmediatamente debajo de la zapata. 2. Tipo de terreno a profundidades mayores. UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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3. Tamaño y forma de la cimentación. 4. Rigidez de la cimentación y de la superestructura. 5. Módulo de reacción de la subrasante.

El método de diseño que se propone, considera que la zapata es rígida y que el suelo es homogéneo y elástico. Se analizará zapatas combinadas rectangulares con dos columnas. El predimensionamiento de la zapata se efectúa de modo que la resultante de las cargas permanentes sin amplificar, incluidos los momentos, coincida con la ubicación del centro de gravedad de la zapata. UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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18.1.2 DISEÑO DE ZAPATA COMBINADA a. Dimensionamiento en planta (zapata combinada rectangular) Se realizará el análisis de manera que la resultante este en el centro de la zapata, es decir cuando la excentricidad es igual a cero.


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sn

sn

Donde: x = Distancia del punto donde se empieza la sumatoria de momentos al punto donde actúa la resultante. Entonces la longitud total de la zapata L será: UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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Luego se calcula el ancho b de la zapata: sn

La presión neta última que la zapata transmite al suelo se calcula con la siguiente ecuación:

b. Análisis de esfuerzos Se calculará los diagramas de momentos y cortantes de la zapata, como se ve en la figura. Previamente se deberá calcular la presión que el suelo transmite a la cimentación:


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c. Dimensionamiento en elevación c.1 Verificación a corte por flexión: Calcular la tensión de corte por flexión a una distancia “d” de los apoyos con la siguiente ecuación:

c.2 Verificación a corte por punzonamiento: Para la verificación a corte por punzonamiento se calculará la tensión de corte para la carga de servicio de cada una de las columnas.


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d. Transferencia de esfuerzos El cálculo de la transferencia de esfuerzos desarrollado para zapatas en sesiones anteriores, es también aplicable para zapatas combinadas, este cálculo se lo debe realizar para las dos columnas. UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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e. Cálculo del refuerzo de acero por flexión Refuerzo de acero en la dirección “x” El refuerzo de acero por flexión en la dirección “x” será calculado con los momentos obtenidos en el análisis de esfuerzos, con las siguientes ecuaciones:


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Refuerzo de acero en la dirección “y” Se calcula el momento en el eje x con las siguientes ecuaciones:

Entonces el refuerzo de acero por flexión en el eje “y” está dado por la siguiente ecuación:

(lado de la columna)


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El refuerzo de acero calculado será distribuido en una longitud igual al lado “ai” de la columna mas d/2 a ambos lados de la cara de la columna, quedando una franja al centro de la zapata que será reforzada con el área de acero mínimo calculada en la dirección “y” .

f. Detalle de armado de la zapata combinada

LONGITUDINAL


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18.2 ZAPATAS CONECTADAS Las zapatas conectadas son mas usadas que las combinadas cuando se trata de reducir la excentricidad que se presenta en la cimentación de columnas exteriores. Consisten en dos zapatas independientes unidas a través de una viga de cimentación. 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 transmitidas. Para el diseño, se supone 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 producen únicamente a través de las zapatas. Esta suposición es coherente, si se toma en cuenta que el terreno debajo de la viga se afloja y reacciona solo lo suficiente para soportar el peso de la viga. 17 UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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18.3 ZAPATAS CONTINUAS, DE MUROS O ZAPATAS CORRIDAS Las zapatas de muros pueden ser de concreto simple o de concreto armado, dependiendo de la magnitud de los esfuerzos a los que se encuentran sometidos. Por lo general, los muros de albañilería no portante tienen cimentación de concreto simple, mientras que los muros portantes de concreto o albañilería, utilizan zapatas de concreto armado, sobre todo en terrenos de mala calidad. Las zapatas de muros son elementos que trabajan básicamente en una dirección, presentándose los esfuerzos principales perpendiculares al muro. En este tipo de cimentación, solo se analiza la flexión en esta dirección y no se chequea corte por punzonamiento. El diseño se efectúa en una porción de zapata de largo unitario. El ancho del cimiento estará dado por: UNC Jaén - Ing. Marco A. Aguirre Camacho

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Determinadas las dimensiones de las zapata se verifica la presión en el suelo. En esta etapa se considera el efecto de los momentos y de las cargas de sismo. Si es necesario se incrementa el ancho de la cimentación y finalmente se calcula la reacción amplificada del terreno.


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Cuando el momento de volteo es muy alto, como es el caso de los ocasionados por sismo o para muros excéntricos, la reacción en la base no es suficiente para equilibrar las fuerzas externas. En este caso, se tiene que tomar en cuenta el empuje pasivo que experimenta la cimentación para garantizar el equilibrio, como se muestra en la figura: En la parte superior, la distribución no es triangular pero puede asumirse, por simplicidad, que tiene forma semicircular. La altura y ancho de la cimentación se definen de modo que:


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El refuerzo longitudinal se calcula como si la zapata fuera una viga en voladizo de ancho unitario. El corte se verifica con el procedimiento convencional. Paralelamente al muro, es conveniente colocar refuerzo de temperatura para facilitar el armado y colocación del acero principal. Este refuerzo controla el agrietamiento en esta dirección y le da una cierta resistencia a la cimentación en esa dirección.


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18.4 EJEMPLO DE DISEÑO DE ZAPATA COMBINADA Diseñar la zapata combinada que tiene los siguientes datos:


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