CONCRETO ARMADO II: 3: ZAPATAS COMBINADAS

3. TEMA:

ZAPATAS COMBINADAS, TEORÍA DE APLICACIÓN

3.1 INTRODUCCIÓN:

Si analizamos el caso de fundación con zapatas aisladas para dos columnas adyacentes, tales que las mismas ocupen áreas donde la distancia de separación entre ellas sea menor a cualquiera de las dos bases (Fig.1), se puede observar que los efectos de cada zapata interactúan unos con otros provocando una superposición de bulbos de presiones debido a su proximidad (Fig.2).

Fig. 1. Caso de fundación con zapatas aisladas para dos columnas adyacentes.

Fig. 2. Superposición de efectos

O Para esta condición si se usaran zapatas aisladas, podrían traslaparse o bien podrían resultar de proporciones poco económicas.

Fig. 3. Traslape de zapata aislada

En estos casos, es mejor optar por una cimentación del tipo zapata combinada, la cual se define como aquella que soporta 2 o más columnas, diafragma o muro, también llamada viga de cimentación. Este tipo de cimentación superficial es requerida a causa de cargas muy desiguales, límite de espacio (zapatas de lindero), ubicación de equipo y espaciamiento entre columnas.

La distribución de presiones bajo la zapata se considera lineal cuando esta es lo suficientemente rígida, por lo que las dimensiones como su peralte deben ser las necesarias para actuar de esta manera y en lo sumo posible, el punto de aplicación de la resultante de las cargas actuantes debe coincidir con el centro de gravedad de la zapata combinada para poder considerar una distribución de presiones uniforme bajo la cimentación.

Fig. 4. Distribución de cargas bajo la zapata

Por ningún motivo se aceptan distribuciones de presiones positivas, debido a que estas provocarían volcamiento de la estructura. En este tipo de zapatas, la excentricidad siempre estará presente.

Cuando la dimensión de la base (B) excede en tamaño es recomendable realizar la cimentación en dos direcciones (Fig. 5), también llamado emparrillado, ya que así se controla la deformación de las alas de la zapata; para su diseño se considera que por lo menos la mitad de la carga se transmite en cada dirección por tener mayor área de contacto.

3.2 OBJETIVO:

Distribuir uniformemente las cargas de las columnas cercanas, combinando sus zapatas para un mejor desempeño.

Comparar los resultados del diseño de distintas geometrías de zapatas, tanto de zapatas elástica y zapata rígida.

3.3 IMPORTANCIA:

Distribución de cargas de dos o mas columnas en una sola zapata.

3.3 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.

3.4 ¿QUÉ ES UNA ZAPATA COMBINADA ?

Las zapatas combinadas son un tipo de cimentación superficial, la cual se usa en caso de que columnas de una edificación estén separadas por una corta distancia.

Las zapatas superficiales que brindan apoyo a más de una columna o a más de un muro son conocidas como zapatas combinadas. A su vez este tipo de zapatas se pueden clasificar en dos categorías. La primera categoría son las zapatas que solo soportan a dos columnas. Y en la otra categoría están las que sostienen a más de dos columnas.

Las zapatas combinadas se requieren cuando las columnas están tan cercanas al límite de la propiedad que no permite el uso de zapatas individuales sin que se sobrepase el límite. También son requeridas las zapatas combinadas cuando hay columnas adyacentes tan cerca que sus zapatas se traslapan.

Si el subsuelo tiene una capacidad de carga baja se necesitan grandes áreas de contacto, por lo que las zapatas individuales son remplazan por zapatas continuas que pueden sostener más de dos columnas y usualmente todas las columnas en una fila. A veces las franjas se colocan en dos direcciones, obteniéndose una cimentación reticular. Este tipo de cimentación puede proyectarse en una mayor área de contacto, resultando más económico que si se usaran zapatas individuales.

3.5 PARA QUÉ SIRVE UNA ZAPATAS AISLADAS

Se opta por esta solución cuando se tienen dos columnas muy juntas y al calcular el área necesaria de zapata para suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas se montan.

A veces, cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la zapata, sino excéntricamente sobre la misma o cuando se trata de un pilar perimetral con grandes que la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación.

Las zapatas combinadas se usan para soportar las cargas de dos o más columnas (Las zapatas superficiales que sostiene de una columna o muro se conoce como zapatas combinadas).

Una zapata combinada puede ser económica cuando dos o más columnas fuertemente cargadas están separadas entre sí a una distancia tal que sus zapatas individuales quedarían traslapadas.

Generalmente, las zapatas individuales son cuadradas o rectangulares y si se emplearan para columnas localizadas en los linderos del terreno, se extenderían más allá de éstos. Una zapata para tal columna, combinada con otra para una columna interior, puede diseñarse de manera que no sobrepase los linderos de la propiedad.

Fig. 3 Armadura de aceros de columnas y zapata en una zapata combinada.

3.6 ZAPATAS COMBINADAS SUPERFICIALES

Las zapatas combinadas pueden ser una losa en forma rectangular o trapezoidal. Las zapatas combinadas rectangulares son cimentaciones en donde se distribuyen uniformemente los esfuerzos transmitidos al suelo. Las zapatas combinadas de forma trapezoidal tienen en esencia la misma función que la rectangular, pero además se usan cuando hay problemas de lindero, es decir cuando no se puede extender más allá sin sobrepasar los límites del terreno, o cuando no se puede usar una zapata rectangular porque hay una columna muy cercana o una zapata aislada.

Fig. 4. Detalle de estructura de zapata combinada

3.7 TIPOS DE ZAPATAS COMBINADAS

Zapata rectangular
Zapata trapezoidal
Zapata en T

Fig. 5. Tipos de zapatas combinadas según su geometría.

3.8 ZAPATA COMBINADA RECTANGULAR

En varios casos, la carga soportada por una columna y la capacidad de carga del suelo son tales que el diseño estándar de una zapata aislada requerirá una extensión de la cimentación de la columna más allá o más columnas como muestra en la siguiente figura. Si se conoce que la presión del suelo neto permisible, el tamaño de la cimentación (B*L) se calcula de la siguiente manera:

Determinar el área de la cimentación:

Donde:

Q_1 y Q_2=Cargas de las columnas.

q_(perm(neta))=Capacidad de carga neta del suelo.

Determinar la posición de la resultante de s cargas de las columnas. De la figura

Para una distribución uniforme de la presión del suelo bajo la cimentación, la resultante de las cargas combinadas pasa por el centroide de la cimentación. Entonces

Donde:

L=Longitud de la cimentación.

Una vez determinada la longitud L, el valor de L1 se obtiene:

El ancho de la cimentación es entonces

3.9 ZAPATA COMBINADA TRAPEZOIDAL

Es una cimentación aislada para una columna que soporta una gran carga donde el espacio es reducido. El tamaño de la cimentación que distribuirá uniformemente la presión sobre el suelo de obtiene de la siguiente manera.