DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS

1. 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.

2. Su diseño sirve 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.

3. El diseño consiste en calcular, la forma y dimensiones del concreto, así como la cantidad y tipos de acero de la zapata.

4. 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.

UNIVERSIDAD CATOLICA LOS ANGELES DE CHIMBOTE

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

INTEGRANTES

ANTICONA PINCO JORDYROJAS GONZALES LOURDESSALAZAR SILVA ADELMITHSANCHEZ KENS RICKSVILLANUEVA ENRIQUEZ CRISTHIANVILLANUEVA ENRIQUEZ PEDRO

DOCENTE: ING. JOHANA DEL CARMEN SOTELO U.

CONCRETO ARMADO I

CHIMBOTE - 2015

CHIMBOTE

ELEMENTOS BASICOS:

A, B = Dimensiones en planta de la zapatas,t = Dimensiones en planta de la columna m = Longitud del volado de la zapataH = peralte de la zapataP = carga axial actuante

Qadm = capacidad de carga admisible del sueloLd = longitud de anclaje por compresión (o tracción) del acero de columnag = Peso específico promedio del rellenoDf = profundidad de cimentacións/c piso = sobrecarga de piso = 500 kg/m2

5. Hay que encontrar el esfuerzo neto (q neto) que soporta el suelo:

q neto = q adm - g * Df - s/c piso

6. Hay que calcular el peso total Pt de la superestructura que llega al suelo, incluyendo el peso propio de zapata:

Se va a encontrar la proporción n, entre el peso de zapata Pz y la carga de servicio P, como función del esfuerzo neto:

- γc = Peso volumétrico del concreto armado.

Fig. Elementos para el diseño de zapata aislada

A, B, H = dimensiones en planta y elevación de la zapata.

-q neto = esfuerzo neto

P de zapata = n x P de servicio

Fig. 2. Gráfica para pre-dimensionado de zapata aislada.

7. Determinamos el área de zapata requerida: A zapata = (Pt) /q neto

8. Como se busca que en ambos sentidos la zapata tenga el mismo volado:

(s + 2m)(t + 2m ) = A zapata

Resolviendo la ecuación se obtiene m aproximadamente:

9. Luego las dimensiones de A y B son:

A = 2m + tB = 2m + s

Se suele usar:

Pt = P + (%) P, el %P se obtiene de la Fig. 2

10. Luego dimensionamos el peralte H:H se calcula cuando se determine el peralte efectivo "d", mediante la verificación por:-Longitud de desarrollo-Cortante por punzonamiento-Cortante por flexión

11. La longitud de desarrollo a compresión está dada por:

ld = 0.08 * fy * db / f'c …Norma ACI-318

ld = 0.004 db * fy, o

ld = 20 cm, el que sea mayor.

db = diámetro de la varilla de la columnadb'= diámetro de la varilla superior de la parrilladb"= diámetro de la varilla inferior de la parrilla

Fig.3. Falla por adherencia.

Por tanto H deberá ser igual a:H = ld + db` + db” + recubrimiento.

Fig. 4. Elementos que componen el peralte de la zapata por longitud

de desarrollo.

12. Hay que calcular la reacción última (qu) del suelo:

Pu = 1.5 D + 1.8 L (Normas peruanas) Pu = 1.2D + 1.6 L (Normas ACI-318)

qu = Pu/(A*B)

13. El esfuerzo cortante por punzonamiento se calcula con:

Vp = Vu – 2* (s+d)(t+d)*d

-v actuante = Vp / (perímetro * d)

v actuante = qu* [ A*B - (s+d)*(t + d)] / [2d*(s + t + 2*d)] ....(A)

Fig. 5. Falla por punzonamiento.

Fig. 6. Falla por punzonamiento y bloque equivalente..

14. El que tendrá que ser menor o igual que el esfuerzo cortante admisible:

v admisible = …Norma ACI 318

ß = s/t (lado mayor a lado menor de columna) o también:

v admisible = …Norma ACI 318 ...(B)

El que sea menor.

15. "d2" se obtiene al igualar las expresiones

(A) = (B)

Tener cuidado con las unidades:

[A] = ton/m2[B] = kg/cm2

16. El esfuerzo cortante por flexión, se verifica a la distancia "d" de la cara de la columna:

Fig. 7. Elementos para la el cálculo de la resistencia al corte por flexión.

El que debe ser menor o igual al esfuerzo admisible del concreto al cortante:

= 0.85

Entonces d3 se obtiene de:

17. De los d1, d2 y d3 hallados se escoge el mayor.

Si dm = máximo (d1, d2, d3)

H = dm + db``/2 + recubrimiento

18. Cálculo del acero:

El acero por flexión se calcula, con el momento producido por la reacción del terreno en la cara de la columna:

En el eje x:

Mu = (qu/2) * m2 * B

En el eje y:

Mu = (qu/2) * m2 * A

Hay aplicar las fórmulas del acero, o usar la gráfica dada al final

As = Mu/(0.9*fy*(d – a/2) )

a = As fy / (0.85 * f`c * B)

Fig. 8. Falla por flexión de losa.

19. El As encontrado debe ser mayor o igual al As mínimo

A pesar de que la cuantía mínima en losas es 0.0018, se usa la cuantía mínima de elementos en flexión, considerando que la zapata, va a estar sometida a esfuerzos mayores que los producidos por cambios de temperatura, tales como punzonamiento y cortante por flexión

20. Con el área de acero hallado se calcula el Número de varillas:

Con el Número de varillas calculado se calcula la separación (s) de varillas

21. Se usará: 1 f Varilla @ s

EJEMPLO DE DISEÑO DE ZAPATA AISLADA

Diseñar la zapata aislada, de concreto armado, cuyos parámetros se muestran

DATOS

PD= 140 t

PL= 35 t

Fig. 9. Detalle en planta de los aceros en una zapata una vez calculados

P = 140t + 35t= 175t

Df =1.5m

Sobrecarga de piso= 500 kg/m2= 0.5 t/m

2

Sección de columna: .sxt = 40 x 40 cm2

As= 81´´

1. CÁLCULO DE AREA DE ZAPATA.‐

2.3 ESFUERZO CORTANTE POR FLEXION

De la gráfica adjunta dada al final, para f’c = 210 kg/cm2, se obtiene r = 0,0022 . Esta cuantía requerida, se compara con la cuantía mínima

Los resultados se detallan en el plano de cimentaciones, incluyendo los resultados del estudio de suelos, las especificaciones del concreto y el acero, y las pruebas de rotura a realizar.