2. TEMA:
ESTUDIO DE ZAPATAS DE CIMENTACIÓN. GENERALIDADES TIPOS, ZAPATAS AISLADAS , EXCÉNTRICAS, CASOS, DISEÑO.
2.1 INTRODUCCIÓN:
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.
Las zapatas aisladas, son elementos estructurales de concreto armado, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo, de tal manera que la resistencia del suelo las soporte. Se deduce que suelos de buena resistencia tendrán zapatas de menor dimensión, con respecto a las construidas en suelos de menor resistencia.
Las zapatas aisladas, son elementos estructurales de concreto armado, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo, de tal manera que la resistencia del suelo las soporte. Se deduce que suelos de buena resistencia tendrán zapatas de menor dimensión, con respecto a las construidas en suelos de menor resistencia.
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| Pórticos con zapatas aisladas. |
2.2 OBJETIVO:
Conocer los diferentes tipos de esfuerzos al que se diseñaran las zapatas aisladas, los tipos y criterios de diseño. Con el conocimiento básico de estas zapatas nos servirán como introducción o base y mejorar el criterio de diseño para las demás zapatas.
2.3 IMPORTANCIA:
De base para otro tipo de cimentaciones. Los otros tipos de cimientos fallan por mecanismos similares a los de éstas zapatas: por flexión, adherencia y anclaje,cortante punzonante y cortante por flexión. También hay que verificar la falla por aplastamiento.
El diseño consiste en calcular, la forma y dimensiones del concreto, así como la cantidad y tipos de acero de la zapata.
Se necesita, como datos, conocer: la carga axial de la superestructura, la sección y aceros de la columna que soporta, y la resistencia admisible del suelo (q adm), sobre el que se diseña la zapata
El diseño consiste en calcular, la forma y dimensiones del concreto, así como la cantidad y tipos de acero de la zapata.
Se necesita, como datos, conocer: la carga axial de la superestructura, la sección y aceros de la columna que soporta, y la resistencia admisible del suelo (q adm), sobre el que se diseña la zapata
2.3 ANTECEDENTES:
El hecho de que muchos edificios construidos en otras épocas hayan permanecido en pie hasta nuestros días demuestra que, a lo largo de la Historia, ha existido algún modo de "Ciencia de las cimentaciones", cuyo desarrollo ha culminado en las técnicas de cimentación actualmente en uso. Sin embargo, los antecedentes de nuestras cimentaciones son poco conocidos porque, hasta bien entrado el siglo XVIII, hay una casi absoluta ausencia de doctrina acerca de las teorías y de los métodos constructivos aplicados al dimensionado y a la ejecución de los cimientos.2.4 ¿QUÉ ES UNA ZAPATA AISLADA ?
Es un elemento constructivo que se encargan de transmitir la carga de una sola columna al suelo. Este tipo de zapatas puede ser de diversas formas geométricas de acuerdo a la carga a transmitir al suelo, su uso es indicado para casos en los que la carga es pequeña como edificaciones menores a cinco plantas y/o a suelo que tenga buena resistencia. Constituyen el tipo más usual por razones de economía, estas zapatas pueden ser céntricas o excéntricas dependiendo de la excentricidad de la carga, de los momentos actuantes o por decisión de espacio.
2.5 PARA QUÉ SIRVE UNA ZAPATAS AISLADAS
Una zapata aislada de una estructura se define como aquella parte de la edificación que está en contacto directo con el terreno, su única y principal función es la de distribuir las cargas provenientes de la superestructura al suelo en que descansa, de manera que el suelo sea capaz de resistirlo, y no sufra asentamientos o deformaciones mayores a los permitidos por el análisis estructural. Por lo tanto, el suelo debe ser capaz de soportar cargas de cualquier estructura sin fallar a corte y con asentamientos admisibles.
2.5 ZAPATAS AISLADAS SUPERFICIALES
Se conoce como zapata aislada superficial o directa cuando el nivel de asiento de la zapata se encuentra a escaza profundidad. Entendiendo por poca profundidad aquella que puede ser alcanzada con la excavación corriente de bajo costo y poca dificultad, sea por medios mecánicos o manuales (0.5 m. a 4 m). Este tipo de cimentación está limitado para edificaciones que transmiten al suelo cargas bajas, además supone una condición del suelo en contacto con el concreto de muy buena capacidad resistente de apoyo.
2.6 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE CUMPLIR UNA ZAPATA
- La zapata tiene que ser segura contra una falla por corte del suelo que la soporta.
- La zapata no debe presentar desplazamientos excesivos, es decir asentamientos excesivos. (El término “excesivo” es relativo, porque el grado de asentamiento disponible para una estructura depende de varias consideraciones.
- Deberá tener la geometría de concreto y refuerzo de acero apropiado para transmitir los esfuerzos provenientes de las columnas hacia el suelo, sin involucrar falla estructural de la zapata.
En conclusión, el problema de diseño de zapatas requiere tener un conocimiento amplio del suelo soportante, de la naturaleza y requerimientos de la superestructura, o iteración suelo-estructura.
2.7 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE CUMPLIR UNA ZAPATA
Para el diseño de zapatas superficiales, existen dos métodos importantes que son: sobre lecho rígido y lecho elástico.El primero muy utilizado por ser un procedimiento conservador, sin embargo, tiene muchas limitaciones que restringen su campo de acción. El último muy poco usado por ser un método que requiere un cálculo matemático complejo, que en la actualidad puede ser resuelto sin mayor problema con un programa computacional, básicamente consiste en simular la fundación sobre un lecho flexible, que reacciona proporcionalmente al desplazamiento producido por las cargas.
2.8 CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA
Se puede definir la capacidad última de carga, como la carga por área unitaria de la zapata bajo la cual ocurre la falla por corte en el suelo.La capacidad última de carga es un parámetro muy importante que estima la resistencia de apoyo del suelo, para el diseño de cimentaciones. Siendo esta no solo una propiedad del tipo de suelo, también lo es de las condiciones en que se encuentra como ser su grado de compactación, humedad, etc.
2.9 MODOS DE FALLA POR CORTE EN EL SUELO
La falla al corte se produce cuando la capacidad última de carga es alcanzada, y esta se presenta formando una superficie de deslizamiento claramente definida bajo la zapata que progresa hacia uno o ambos lados y finalmente a la superficie del terreno. La falla será repentina y con frecuencia se acompañará de inclinaciones drásticas que ocasionará el colapso final hacia un lado.- Falla por corte general.
- Falla por corte local.
- Falla por punzonamiento.
2.10 VERIFICACIONES DE DISEÑO PARA UNA ZAPATA
- Verificación a corte por punzonamiento: Una columna apoyada en una zapata produce el efecto de punzonamiento a causa de los esfuerzos cortantes que actúan en la zapata alrededor del perímetro de la columna, efecto por el que la zapata se somete a una compresión vertical. Si este esfuerzo es muy grande la zapata tiende a fallar por corte.
- Verificación a corte por flexión: El corte por flexión puede ocurrir en una sección ubicada a una distancia “d” de la cara de la columna, como en las vigas y losas unidireccionales. Según el reglamento ACI 318S-05
- Cálculo del refuerzo de acero por flexión: Las zapatas cuadradas trabajan en una sola dirección, entonces la armadura de flexión se distribuye uniformemente a lo largo y ancho de la zapata. En las zapatas rectangulares se debe calcular el refuerzo de acero en dos direcciones, el refuerzo en la dirección larga ( As1 ) debe distribuirse uniformemente en el ancho total de la zapata.
2.11 CONCLUSIONES:
Un estudio de suelos detallado para el conocimiento del lugar donde se va construir el proyecto, debido a que es donde toda la estructura descansará durante todo el periodo de vida.
Análisis de acuerdo al tipo de zapata a utilizar, con las cargas y momentos que soportará.
2.12 VIDEO:
