ZAPATAS_A..[1][1]

CONCRETO ARMADO II ZAPATAS AISLADAS CENTRICAS

INDICE ZAPATAS AISLADAS CÉNTRICAS....................................1 GENERALIDADES..........................................................................1 ZAPATAS AISLADAS......................................................................................1 TIPOS DE ZAPATAS AISLADAS......................................................................5 ZAPATA AISLADA CUADRADA...................................................................5 ZAPATA AISLADA RECTANGULAR.............................................................6 CALCULO DEL ESFUERZO NETO DEL TERRENO................................8 DIMENSIONAMIENTO EN PLANTA.................................................12 DIMENSIONAMIENTO EN ALTURA.................................................13 REACCION AMPLIFICADA DEL SUELO..........................................................13 VERIFICACION AL CORTE............................................................................14 CORTE POR FLEXION..............................................................................16 CORTE POR PUNZONAMIENTO...............................................................17 CALCULO DEL REFUERZO............................................................20 REFUERZO LONGITUDINAL POR FLEXION...................................................20 DISEÑO A FLEXION.....................................................................................22 VERIFICACIÓN DE LA CONEXIÓN COLUMNA – ZAPATA O MURO – ZAPATA Y DESARROLLO DEL REFUERZO....................................................................23 VERIFICACION DE LONGITUDES DE DESARROLLO Y TRANSFERENCIA DE FUERZAS EN LA BASE DE LA COLUMNA...................................25 TRANSMISION DE FUERZAS EN LA BASE DE COLUMNAS............................25 VERIFICACIÓN DE LA CONEXIÓN COLUMNA - ZAPATA O MURO – ZAPATA. .26 TRANSMISIÓN DE ESFUERZOS A LA BASE DE COLUMNAS, TABIQUES O PEDESTALES ARMADO….............................................................................28 CONCLUSIONES..........................................................................31 BIBLIOGRAFIA............................................................................32 ANEXOS.....................................................................................33

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL


ZAPATAS AISLADAS CÉNTRICAS 2



1. GENERALIDADES

1.1.ZAPATAS AISLADAS: Es aquella zapata en la que descansa o recae un solo pilar. Encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno. Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más simple, aunque cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten más de un pilar. La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras si que es normal además de aconsejable poner una junta cada 3 m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación. En el cálculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento. Por otra parte en el cálculo de vuelco, donde el peso propio de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable. Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o 3



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 1 dm 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 en 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 (emplantillado), antes de colocar las armaduras.

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Concepto de rigidez Estructural

1.2.TIPOS DE ZAPATAS AISLADAS:

1.2.1. Zapata aislada cuadrada.La zapata aislada comúnmente se utiliza para transportar la carga concentrada de una columna cuya función principal consiste en aumentar el área de apoyo en ambas direcciones. En general, su construcción se aconseja cuando la carga de la columna es aproximadamente 75% más baja que la capacidad de carga admisible del suelo. Se recomienda que la zapata aislada deba emplearse cuando el suelo tenga una capacidad de carga admisible no menor de 10000 kg/m2, con el fin de que sus lados no resulten exageradamente grandes. Él calculo de estas zapatas se basa en los esfuerzos críticos a que se encuentran sometidas, pero su diseño lo determinan el esfuerzo cortante de penetración, la compresión de la columna sobre la zapata, el esfuerzo de flexión producido por la presión ascendente del suelo contra la propia zapata, los esfuerzos del concreto en el interior de la zapata, así como el deslizamiento o falta de adherencia del acero con el concreto.

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1.2.2. Zapata aislada rectangular.Las zapatas aisladas rectangulares son prácticamente iguales a las cuadradas; ambas trabajan y se calculan en forma similar y se recomiendan en aquellos casos donde los ejes entre columnas se encuentran limitados o demasiado juntos. Por su forma rectangular presenta dos secciones críticas distintas para calcular por flexión. En zapatas que soporten elementos de concreto, será el plomo vertical tangente a la cara de la columna o pedestal en ambos lados de la zapata. En zapatas aisladas rectangulares en flexión en dos direcciones, el refuerzo paralelo al lado mayor se distribuirá uniformemente.

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2. CALCULO DEL ESFUERZO NETO DEL TERRENO

La falta de datos sobre las características físicas y constitución del suelo sobre el cual se pretende construir una estructura ha sido causa de que, al erigirse esta, se presenten sorpresas y gastos extraordinarios que bien podrían haber sido evitados mediante un estudio del suelo antes de la construcción. Conocido es el hecho de que cuando una estructura se asienta en forma desigual se provocan en la misma deformaciones que ocasionan grietas que pueden ser muy perjudiciales a la estabilidad de ella, y en no pocas ocasiones el asentamiento ha sido causa del colapso total de la estructura. Un adecuado estudio del suelo sobre el cual se pretende levantar una construcción facilita al ingeniero los datos necesarios para determinar el tipo y diseño más apropiado y económico de la cimentación, y es, además una garantía previa a la buena edificación. Comúnmente el costo de la investigación del suelo representa un porcentaje muy bajo del costo de la estructura, y el posible ahorro en tiempo y dinero equivale en casi todos los casos a varias veces el costo de los estudios hechos del suelo. Existe la creencia muy generalizada de que cualquier terreno puede sostener eficientemente una construcción liviana y que por lo tanto no requiere un estudio del suelo. Sin embargo, la técnica moderna esta en completo desacuerdo con esa creencia, y los hechos han demostrado muy a menudo que casas residenciales y construcciones

similares

han

sido

seriamente

afectadas

debido

al

desconocimiento de las características del suelo y por ende al proyecto de una cimentación inadecuada en cada uso. Lo que hay que entender bien es que no en todos los casos se requieren los mismos estudios, y así, si solo en casos especiales se justifican métodos de muestreo y de ensayes altamente especializados, en la mayoría de los casos no se necesita más que una previsión aproximada de los fenómenos que se producirán, previsión que puede efectuarse por medio de ensayos simples con los cuales se pueden obtener resultados satisfactorios en la ingeniería de suelos. Sin embargo, es necesario hacer notar que la naturaleza compleja de los suelos provoca ciertas diferencias en su comportamiento real en el terreno con relación al 8



comportamiento cuando son ensayados en laboratorio bajo condiciones bien definidas, y por lo tanto es necesario balancear con buen criterio los resultados que da la teoría, en función de los datos de laboratorio, y el conocimiento empírico sobre la validez que en cada caso debe darse a los resultados. Es por ello necesario la determinación de la capacidad portante o esfuerzo neto del terreno con fines de poder realizar un buen diseño de la cimentación a soportar. El dimensionamiento preliminar de la zapata se efectúa en base solo a las cargas de gravedad; permanentes y sobrecarga buscando que la presión admisible del suelo no sea sobrepasada. Para la determinación de las dimensiones del cimiento se consideran las cargas transmitidas por la columna, el peso de la zapata, el peso del suelo sobre ella y la sobrecarga del terreno. En lugar de considerar las tres últimas, se define el concepto de capacidad portante neta que es la capacidad del terreno reducida por efecto de la sobrecarga, el peso del suelo y el peso de la zapata. La capacidad portante neta es:

Donde:

:

Capacidad Portante Neta

:

Carga admisible del terreno

:

Peso especifico del suelo

:

Altura del suelo sobre la zapata

:

Peso especifico del concreto

:

Altura de la cimentación, estimada en función de la longitud de anclaje de refuerzo de la columna y del recubrimiento necesario.

:

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Sobrecarga del terreno



En la siguiente figura se muestra con mayor detalle cada uno de los términos anteriormente explicados.

Haciendo uso de este parámetro, el dimensionamiento de la cimentación se efectúa solo tomando en cuenta las cargas transmitidas por la columna pues los otros efectos ya han sido considerados. En esta etapa, se considera los momentos flectores transmitidos a través de la columna o muro. Se verifica sólo las cargas de gravedad. Si los esfuerzos son superiores a la capacidad del suelo, entonces es necesario incrementar las dimensiones del elemento. Alternativamente, se puede emplear zapatas excéntricas de modo que la resultante de la reacción coincida con el alineamiento de la columna y la reacción del suelo sea uniforme. Si las cargas externas incluyen efectos de sismo, se realiza una segunda comprobación. Bajo este tipo de cargas, que actúan por periodos breves de tiempo, la capacidad portante del suelo se incrementa. Por ello se considera, para esta verificación, que la capacidad neta del suelo es:

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Cabe señalar, que estudios más exhaustivos recomiendan el uso de una formula genérica, en donde los pesos específicos son promediados y se considera una nueva altura Hf.

Donde: :

Hf :

Peso Especifico Promedio. Altura entre N.P.T (Nivel Piso Terminado) y N.F.C (Nivel Fondo Cimiento)

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3. DIMENSIONAMIENTO EN PLANTA

Donde: Az: Área de la cimentación. Conocida el área. se definen las dimensiones de la cimentación cuadrada, rectangular, circular, etc. y se verifica la presión en el terreno. En esta etapa, se considera los momentos flectores transmitidos a través de la columna o muro. Se verifica sólo las cargas de gravedad. Si los esfuerzos son superiores a la capacidad del suelo, entonces es necesario incrementar las dimensiones del elemento. Alternativamente, se puede emplear zapatas excéntricas de modo que la resultante de la reacción coincida con el alineamiento de la columna y la reacción del suelo sea uniforme. Si las cargas externas incluyen efectos de sismo, se realiza una segunda comprobación. Bajo este tipo de cargas, que actúan por periodos breves de tiempo, la capacidad portante del suelo se incrementa.

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4. DIMENSIONAMIENTO EN ALTURA 4.1.REACCIÓN AMPLIFICADA DEL SUELO: La reacción amplificada del suelo se utiliza para el cálculo de los esfuerzos en la cimentación y para la determinación del refuerzo. La reacción del suelo, sin amplificar, está constituida por el peso de una zapata, el peso del suelo. Las cargas aplicadas directamente sobre el suelo (sobrecarga, peso del piso. etc.) y las cargas provenientes de la columna o muro. Las tres primeras son ocasionadas por cargas uniformemente distribuidas sobre la cimentación mientras que la última, por una carga concentrada. Por ello, las primeras no generan esfuerzos de flexión y corte sobre la estructura, pues la acción se opone a la reacción, mientras que la última sí. Las cargas que provienen de la columna o muro son amplificadas y con ellas se determina la reacción amplificada del suelo. Estrictamente, el cálculo de los esfuerzos en la cimentación se debe efectuar con la distribución de la reacción que presente el suelo. Sin embargo, por simplicidad, se asume que la presión del suelo es uniforme e igual al máximo esfuerzo que presenta el

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terreno, como se aprecia en la figura 12.8. Esta suposición es conservadora y simplifica el cálculo en terrenos granulares.

4.2.VERIFICACIÓN DEL CORTE: Para el diseño por corte, las cimentaciones se pueden estudiar como vigas chatas y anchas, o como losas con comportamiento en dos direcciones. El primer caso, se denomina corte por flexión y el segundo, corte por punzonamiento. El corte por flexión está relacionado al comportamiento unidireccional de la cimentación mientras que el corte por punzonamiento se relaciona con el comportamiento de la losa en dos direcciones. Por lo general, no se coloca refuerzo por corte en cimentaciones sino se verifica que el 14



concreto solo soporte los esfuerzos. En caso de ser necesario, se incrementa el peralte de la zapata.

Figura 12.7. Reacción del suelo ante las cargas aplicadas

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Figura 12.8. Reacción del suelo asumida para el diseño.

4.2.1. CORTE POR FLEXIÓN: La resistencia del concreto al corte por flexión es:

Donde: : Ancho de la sección analizada. d : Peralte efectivo de la cimentación, generalmente “b-10cm”. La ubicación de la sección crítica depende de la naturaleza de la cimentación. Si se trata de una columna, muro o pedestal solidario a la zapata, se ubicará a “d” de su cara. Para columnas con plancha de base de acero, se ubicará a “d” de la sección media entre la cara de la columna o pedestal y el borde de la plancha. Si es un muro, columna de albañilería o un elemento no solidario con la cimentación, la sección crítica se ubicará a “d” de la sección entre el eje del muro y su cara. La fuerza cortante aplicada (

) será igual a la resultante de la reacción

amplificada del suelo que actúa fuera de la sección crítica (ver figura 12.9). Si la columna tiene forma circular o poligonal es posible definir una sección cuadrada de igual área, para ubicar las secciones críticas.

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Figura 12.9. Sección crítica pare el diseño del corte por flexión.

4.3.CORTE POR PUNZONAMIENTO: La resistencia del concreto al corte por punzonamiento es igual a la menor determinada a través de las siguientes expresiones:

Donde: : Resistencia del concreto al corte

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: Cociente de la dimensión mayor de la columna entre la dimensión menor. : Perímetro de la sección crítica : Parámetro igual a 40 para columnas interiores. 30 para las laterales y 20 para las esquineras. Se considera interiores aquellas en que la sección crítica de punzonamiento tiene 4 lados, laterales las que tienen 3 y esquineras las que tienen 2 La sección crítica en este caso, está definida por cuatro rectas paralelas a los lados de la columna, ubicadas a “d/2” de la cara. Si existe plancha de base, se ubicará a “d/2” de la sección central entre la cara de la columna y el borde de la plancha. Si la columna es de albañilería o no solidaria a la cimentación, la sección crítica se ubicará a “d/2” de la línea media entre el eje y el borde de la columna. El corte aplicado () será la resultante de la presión amplificada del suelo aplicada en la zona achurada mostrada en la figura 12.10.

Figura 12.10. Sección critica para el diseño del corte por punzonamiento.

Al margen de las solicitaciones de corte, el código recomienda que la altura de la cimentación por encima del refuerzo inferior sea mayor que 15 cm. para zapatas sobre terreno y 30 cm. Para zapatas sobre pilotes, lo que es importante en zapatas de sección transversal trapezoidal o escalonada.

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5. CALCULO DEL REFUERZO 5.1.REFUERZO LONGITUDINAL POR FLEXIÓN: La cimentación funciona como una losa sometida a flexión en dos direcciones. El diseño del refuerzo se efectúa considerando la flexión en cada dirección independientemente analizando la zapata como un volado. La sección crítica para el diseño por flexión se ubica en la cara de la columna, pedestal o muro si éstos sor, de concreto. En el caso de muros de albañilería o elementos no solidarios a la cimentación se encuentra al centro de la cara del muro y su eje central. Si se trata de columnas con plancha de base, la sección crítica se ubica a la mitad entre la cara de la columna y el borde de la plancha (ver figura 12.11).

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El refuerzo longitudinal debe distribuirse uniformemente a todo lo largo de la cimentación. En el caso de zapatas rectangulares, el refuerzo paralelo a la dirección mayor debe ser uniforme. Sin embargo el perpendicular a éste debe concentrarse debajo de la columna, en una franja de ancho igual a la menor dimensión de la zapata. La fracción del refuerzo que debe ubicarse en esta región está determinada por la siguiente expresión:

Donde: β: Cociente del Iado mayor de la zapata entre el lado menor.

El acero restante se distribuye en el resto de la cimentación, pero cuidando que no sea menor que el refuerzo mínimo. El código indica que se debe tomar el correspondiente a losas es decir. As mín. = 0.0018 b h… (ACI-10.5.4).

El refuerzo longitudinal debe anclarse siguiendo los criterios presentados para el desarrollo del acero negativo. Si el volado de la zapata es mayor que ld las barras podrán colocarse rectas. Si lo anterior no se cumple y la longitud del volado es mayor que la longitud de anclaje del gancho estándar, entonces el refuerzo podr5 terminarse en gancho. En caso que el volado sea menor que ldb se deberá desarrollar hacia arriba la longitud de anclaje. En la figura 12.12 se muestran los diversos tipos de anclaje para el refuerzo longitudinal de la cimentación.

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5.2.DISEÑO POR FLEXIÓN:

Momento ultimo Mu = 0.5 (Wnu * S) * lv2

a = As * fy / ( 0.85 * f’c * b)

Área de acero requerida As = Mu / [Φ * fy * (d – 0.5a)]

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5.3.VERIFICACIÓN DE LA CONEXIÓN COLUMNA – ZAPATA O MURO –

ZAPATA Y DESARROLLO DEL REFUERZO: Las cargas que se trasmiten a través de las columnas y muros deben ser adecuadamente transferidas a la cimentación. Esta transferencia se efectúa a través del concreto y en caso de ser necesario haciendo uso de refuerzo. Para la transferencia de fuerzas, el concreto trabaja a compresión pura. El aplastamiento en la superficie de contacto entre columna y cimiento no deberá exceder la resistencia dada por la expresión (4-2) que se reproduce a continuación:

Donde Φ es igual a 0.65 pues se está analizando aplastamiento en el concreto y (A2 /A1)0.5 ≤2. Si la carga última aplicada excede la resistencia determinada a través de (12-12) entonces es necesario hacer uso de refuerzo vertical para resistir la fuerza adicional. Este acero debe ser capaz de transmitir la compresión que excede la resistencia del concreto y trabaja al esfuerzo de fluencia. El área de acero requerida será:

Donde: As: Área de acero requerida. Pu: Carga de compresión última.

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En caso que la columna esté sometida a momentos flectores pequeños que no generan tracción en el elemento, el área de acero requerida para la transferencia

de esfuerzos

a la cimentación

se determina con el

procedimiento anterior, pero se utiliza el mayor esfuerzo de compresión en la sección. Si el momento es alto, como el proveniente de una condición de carga que incluye sismo. Es conveniente anclar a tracción y compresión todo el refuerzo de la columna en la cimentación. Para el primer caso se hace uso de ganchos y para el segundo se verifica que la porción recta de la varilla sea mayor que su longitud de anclaje a compresión, puesto que el gancho no es efectivo cuando el acero esta comprimido. Por lo general, la última condición es más crítica. En la figura 12.13 se presenta más claramente esta situación.

La fuerza cortante en la base de la columna o muro se transmite a la cimentación por corte - fricción y el refuerzo se calcula a través de los procedimientos presentados en el capítulo 6. El refuerzo perpendicular a la superficie de contacto puede estar constituido por el acero longitudinal de la columna que penetra en la cimentación o por dowels o bastones de acero como los mostrados en la figura 12.14. Este acero no deberá ser de denominación mayor a la #11. Si la columna o muro cuenta con varillas longitudinal #14 ó #18, se empleará obligatoriamente bastones de menor diámetro para reforzar la superficie de contacto columna cimentación. Estos deberán estar embebidos en el cimiento una longitud igual a su longitud de anclaje y en la columna una distancia igual a la mayor entre la longitud de empalme del bastón y la longitud de anclaje de la varilla #14 ó #18. Los empalmes entre bastones y refuerzo longitudinal deberán satisfacer los requisitos de empalmes en columnas presentados en la sección 10.3.4 23



En columnas y pedestales, el área de refuerzo en la interface no será menor que 0.005 veces el área bruta de la columna o pedestal. Para muros, el área mínima de refuerzo no será menor que la cuantía mínima vertical de muros.

6. VERIFICACION

DE

LONGITUDES

DE

DESARROLLO

Y

TRANSFERENCIA DE FUERZAS EN LA BASE DE LA COMUNA

6.1.TRANSMISIÓN DE FUERZAS EN LA BASE DE COLUMNAS: El ACI en 10.15 indica que cuando la resistencia a la compresión del concreto de la columna es mayor que 1.4 veces la del concreto de las vigas y losas del piso se deberán considerar las siguientes normas: a)

Se colocará en el piso concreto de la resistencia que

corresponde a la columna en un área que se extienda 60 cm más allá de la cara de la columna e integrándolo con el concreto del piso. b)

La resistencia de la columna a través del piso se basará en la

resistencia menor del concreto del piso con fierros verticales adicionales y el refuerzo de estribos o espirales que se necesite.

c)

En columnas soportadas por vigas de aproximadamente igual

peralte, en los 4 lados, o por losas macizas, se podrá tomar como f’c

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del nudo el 75% del f’c de la columna más el 35% del f'c del piso, pero teniendo en cuenta que:

2.5.

6.2.VERIFICACIÓN DE LA CONEXIÓN COLUMNA - ZAPATA O MURO –

ZAPATA: Las cargas que se trasmiten a través de las columnas y muros deben ser adecuadamente transferidas a la cimentación. Esta transferencia se efectúa a través del concreto y en caso de ser necesario haciendo uso de refuerzo. Para ¡a transferencia de fuerzas, el concreto trabaja a compresi611 pura. El aplastamiento en la superficie de contacto entre columna y cimiento no deberá exceder la resistencia dada por la expresión (4-2del ACI) que se reproduce a continuación:

Donde es igual a 0.65 pues se está analizando aplastamiento en el concreto y . Si la carga última aplicada excede la resistencia determinada a través de la ecuación anterior entonces es necesario hacer uso de refuerzo vertical para resistir la fuerza adicional. Este acero debe ser capaz de transmitir la compresión que excede la resistencia del concreto y trabaja al esfuerzo de fluencia. El área de acero requerida será:

Donde: As: Área de acero requerida. Pu: Carga de compresión última. 25



En caso que la columna esté sometida a momentos flectores pequeños que no generan tracción en el elemento, el área de acero requerida para la transferencia de esfuerzos U la cimentación se determina con el procedimiento anterior, pero se utiliza el mayor esfuerzo de compresión en la sección. Si el momento es alto, como el proveniente de una condición de carga que incluye sismo, es conveniente anclar a tracción y compresión todo el refuerzo de la columna en la cirnentación. Para el primer caso se hace uso de ganchos y para el segundo se verifica que la porción recta de la varilla sea mayor que su longitud de anclaje a compresión, puesto que el gancho no es efectivo cuando el acero esta comprimido. Por lo general, la última condición es rnas crítica.

Peralte de la zapata requerido para garantizar el adecuado anclaje del refuerzo de la columna. La fuerza cortante en la base de la columna o muro se transmite a la cimentación por corte-fricción y el refuerzo se calcula a través de los procedimientos presentados en el capítulo 6. El refuerzo perpendicular a la superficie de contacto puede estar constituido por el acero longitudinal de la columna que penetra en la cimentación o por dowels o bastones de acero como los mostrados en la figura. Este acero no deberá ser de denominación mayor a la #11. Si la columna c muro cuenta con varillas longitudinales #14 ó #18, se empleará obligatoriamente bastones de menor diámetro para reforzar la superficie de contacto columna-cimentación. Estos deberán estar embebidos en el cimiento una longitud igual a su longitud de anclaje y en la columna una distancia igual a la mayor entre la longitud de empalme del bastón y la longitud de anclaje de la varilla #14 ó #18. Los 26



empalmes entre bastones y refuerzo longitudinal deberán satisfacer los requisitos de empalmes en columnas presentados en la sección (10.3.4.del ACI)

Transmisión de las cargas de la columna a la cimentación

6.3.TRANSMISIÓN DE ESFUERZOS A LA BASE DE COLUMNAS, TABIQUES O PEDESTALES ARMADOS:

Se establecen los requisitos específicos para la transmisión de los esfuerzos desde una columna, tabique o pedestal (elemento apoyado) hacia un zapata, cabezal o pedestal (elemento de apoyo). La transmisión de los esfuerzos se debe efectuar mediante apoyo sobre el hormigón (sólo para fuerzas de compresión) y mediante armadura (para fuerzas de tracción o de compresión). La armadura puede estar constituida por barras de armadura en espera, pernos de anclaje o conectores mecánicos adecuados. Estas condiciones se aplican tanto a la construcción “in situ” como a la construcción con elementos prefabricados: Las tensiones de compresión se pueden transmitir a la zapata, cabezal o pedestal de apoyo por medio del aplastamiento en el hormigón. Para el diseño por resistencia, las presiones admisibles de apoyo, en el área realmente cargada, serán iguales a 0,85Φ f’c , cuando el área realmente cargada sea igual al área sobre la cual se apoya.

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En el caso general en que una columna se apoye en una zapata o cabezal de área mayor que la columna, se debe verificar la resistencia al aplastamiento en la base de la columna y en la parte superior de la zapata o cabezal. Se debe verificar la resistencia en la sección inferior de la columna, puesto que la armadura de la columna no se puede considerar efectiva cerca de la base de la columna, dado que la fuerza en la armadura no se transmite hasta una cierta distancia sobre la base, a no ser que se dispongan barras de empalme o que la armadura de la columna se prolongue dentro de la zapata. La tensión de aplastamiento admitida para la columna normalmente es 0,85 φ f’c. La tensión admisible de apoyo en la zapata o cabezal se puede incrementar y será en la mayoría de los casos 2 veces 0,85 φ f’c (siendo φ = 0,70). La fuerza de compresión, que supere a aquella desarrollada por la resistencia admisible del hormigón de la base de la columna, o de la parte superior de la zapata o cabezal, debe ser absorbida mediante barras de empalme en espera o barras longitudinales de la columna prolongadas en la fundación. Todas las fuerzas de tracción, ya sean originadas por momentos, o cualquier otra razón, se debe transmitir a la zapata, cabezal o pedestal de apoyo, en forma total, mediante armaduras o conectores mecánicos adecuados. Por lo general, los conectores mecánicos sólo se emplean en estructuras con elementos prefabricados. Cuando los momentos calculados se transmiten de la columna a la zapata, por lo general el hormigón en la zona de compresión de la columna, estará sometido a tensiones de 0,85 f’c bajo la acción de cargas mayoradas y, como resultado de ello, toda la armadura debe ser prolongada (ó empalmada) dentro de la zapata o cabezal. El método de corte por fricción que se expone en el artículo 11.7., se puede utilizar para verificar la transferencia de fuerzas horizontales a la zapata, cabezal o pedestal de apoyo. Las llaves de corte se pueden utilizar siempre que la armadura que cruce la junta (armadura pasante) satisfaga 28



las especificaciones y los requisitos de corte por fricción. En estructuras con elementos prefabricados, la resistencia a las fuerzas horizontales se puede proporcionar mediante corte por fricción, llaves de corte, o dispositivos mecánicos. Entre los elementos apoyados y los elementos de apoyo se exige una cantidad mínima de armadura pasante con el fin de asegurar un comportamiento dúctil. En este Reglamento no se exige que todas las barras de una columna se prolonguen y se anclen en la zapata o cabezal, sino que una cantidad de armadura con un área 0,005 veces el área de la columna, o un área igual de barras en espera adecuadamente empalmadas, se debe prolongar dentro de la zapata o cabezal con un anclaje apropiado. Esta armadura se exige para proporcionar cierto grado de integridad estructural tanto durante la etapa de construcción como durante la vida útil de la estructura. En este artículo están permitidos, en forma específica, los empalmes de barras con diámetro db = 40 mm solicitadas a compresión con barras de empalme en espera provenientes de las zapatas o cabezales, de diámetros db ≤ 32 mm. La longitud de empalme de dichas barras debe cumplir con el más exigente de los dos criterios que a continuación se exponen: a) ser capaz de transmitir el esfuerzo a las barras de diámetro db = 40 mm b) transmitir completamente por empalme el esfuerzo de las barras en espera de diámetros db ≤ 32 mm

Esta disposición donde se prohíbe el empalme de barras de gran diámetro con db = 40 mm. Esta excepción surge como resultado de muchos años de experiencia satisfactoria en Estados Unidos, empalmando barras de gran diámetro en columnas, con barras de menor diámetro en espera, en zapatas. La razón de la restricción para el tamaño de la barra de empalme, 29



se debe al problema de la longitud de anclaje de las barras de gran diámetro, y está dirigido a admitir el uso de barras de empalme de tamaño reducido, con lo que probablemente se obtienen ahorros en la altura de las zapatas. Se exige para columnas ejecutadas “in situ” un área mínima de armadura igual a 0,005 Ag pasante a través de la superficie de contacto columnazapata con el fin de proporcionar cierto grado de integridad estructural. Para columnas prefabricadas, esta exigencia expresa en términos de una fuerza equivalente de tracción que debe ser transmitida a través de la junta, As fy = 1,5 Ag. La resistencia mínima a la tracción requerida para uniones entre tabiques prefabricados y zapatas es algo menor que la exigida para columnas, ya que cualquier sobrecarga se distribuiría lateralmente y una falla súbita sería menos probable. Dado que los valores de resistencia a la tracción establecidos se han elegido en forma arbitraria, no es necesario incluir un factor de reducción de resistencia φ en estos cálculos.

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CONCLUSIONES

 Cuando el terreno sea firme y competente, se pueda cimentar con una presión media alta y se esperan asientos pequeños o moderados, la cimentación normal de los pilares de un edificio estará basada en zapatas individuales o aisladas.

 Las zapatas aisladas se podrán unir entre sí mediante vigas de atado o soleras, que tendrán como objeto principal evitar desplazamientos laterales.

 Es necesario conocer la capacidad portante del suelo, para poder realizar un diseño correcto de las dimensiones de la zapata aislada.

 Este estudio se ha de realizar en laboratorios de Mecánica de Suelo, por un especialista capacitado e instruido en el cálculo de las diferentes características del estrato a analizar.

 Se ha de considerar los efectos de sismo, ya que habitamos en una zona donde los movimientos telúricos son frecuentes.

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BIBLIOGRAFIA

Pág. Web:



http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentaci%C3%B3n



www.codigotecnico.org

Libros:



Cimentaciones en Concreto Armado en Edificaciones - CAPITULO PERUANO ACI



Mecánica de suelos y Cimentaciones - Dr. Jorge A. Capote Abreu.



Diseño de Estructuras de Concreto - Armado Teodoro E. Harmsen.



Mecánica de suelos y cimentaciones - Carlos Crespo Villalaz.



Diseño en Concreto Armado – Ing. Roberto Morales Morales.



Reglamento Nacional de Edificaciones.

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