MECANICA DE SUELOS TEMA:CIMENTACION SUPERFICIAL Y DISEÑO DE

ZAPATAS AISLADAS

DOCENTE: ING. Alexis Lavarriere castro

EXPOSITORES: Castro Castillo Fiorela Domínguez García Cecia

López García Jonathan Morales Farfán Oscar Martin

INTRODUCCIÓN  CIMENTACIÓN, PROPIAMENTE DICHA, ES EL MATERIAL QUE MEDIA ENTRE EL TERRENO Y LOS MUROS O ENTRE TERRENO Y ESTRUCTURA, SEGÚN LA NATURALEZA DEL EDIFICIO A CONSTRUIR. PRÁCTICAMENTE SE PUEDE CIMENTAR EN CUALQUIER SITIO, SIEMPRE QUE SE OBSERVEN LOS PROCEDIMIENTOS QUE HAN SEÑALADO LAS INVESTIGACIONES PARA CADA CLASE DE TERRENO. LO IDEAL, POR RÁPIDO Y ECONÓMICO, SERÍA CIMENTAR SOBRE ROCA, PERO COMO LA MAYORÍA DE LAS VECES ESTO NO ES POSIBLE, HAY QUE ADAPTARSE A LAS CIRCUNSTANCIAS DEL TERRENO, DEBIENDO ANALIZARSE EL COMPORTAMIENTO DEL MISMO ANTES DE COMENZAR UNA EDIFICACIÓN.EL OBJETO DE TODA CIMENTACIÓN ES TRANSMITIR AL TERRENO TODAS LAS CARGAS Y SOBRECARGAS DE UN EDIFICIO. ESTÁ CLARO QUE SI EL TERRENO FUESE LO SUFICIENTEMENTE DURO Y FIRME, NO HARÍAN FALTA CIMIENTOS, SINO QUE EN LA MISMA RASANTE DEL TERRENO SE PODRÍAN CONSTRUIR LAS PAREDES O ESTRUCTURAS.

CIMENTACION SUPERFICIAL

Definición:Las Cimentaciones Superficiales Reparten La Fuerza Que Le Transmite La Estructura A Través De Sus Elementos De Apoyo Sobre Una Superficie De Terreno Bastante Grande Que Admite Esas Cargas.

Se Considera Cimentación Superficial Cuando Tienen Entre 0,50 M. Y 4 M. De Profundidad.

TIPOS DE CIMENTACIÓN

 Las Cimentaciones Superficiales Se Clasifican En: 

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonado para economizar material.

CIMENTACIONES CICLÓPEAS.

¿QUÉ ES UNA ZAPATA? Las zapatas son miembros estructurales que se usan para soportar columnas y muros, para transmitir su carga al suelo subyacente. El concreto reforzado es un material muy adecuado para las zapatas y se usa así en edificios de concreto reforzado, de acero estructural, en puentes, en torres y en otras estructuras.Entre las zapatas de concreto reforzado que se utilizan comúnmente tenemos las zapatas corridas para muros, las zapatas aisladas, las zapatas combinadas, las losas de cimentación y las cabezas de pilotes.

 Es el agrandamiento de una columna en su base para reducir las presiones que se ejercen sobre el terreno, al aumentar el área en la que se distribuyen. Las zapatas aisladas son elementos estructurales, por lo general de forma cuadrada o rectangular, a veces circular, que se construyen para poder transmitir la carga de las columnas hacia el suelo por medio de una mayor área para disminuir la presión

ZAPATAS AISLADAS O INDIVIDUALES. Dimensiones básicas:

Armado de la parte inferior Recubrimiento para evitar corrosiones Barras Solape mínimo

Las zapatas corridas se emplean para cimentar muros portantes, o hileras de pilares. Es un cimiento continuo que soporta un muro o tres o más columnas o línea recta.

Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal.

ZAPATAS CORRIDAS • Se trata de cimentar un elemento continuo, como por ejemplo un muro. • Queremos homogeneizar los asientos de una alineación de pilares y nos sirve de arriostramiento. • Queremos reducir el trabajo del terreno. • Para puentear defectos y heterogeneidades del terreno. • Por la proximidad de zapatas aisladas, resulta más sencillo realizar una zapata corrida.

Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento resultante.

ZAPATAS COMBINADAS

CALCULO DE ZAPATAS COMBINADAS RECTANGULARES:Área de la cimentación A:

 

   = cargas de columna = capacidad de carga admisible neta del suelo

DETERMINE LA LOCALIZACIÓN DE LA RESULTANTE DE LAS CARGAS DE COLUMNAS.

  

Longitud de la cimentación.  

Una vez determinada la longitud obtenga el valor de

 

Note que la magnitud de será conocida y depende de la localización del lindero de propiedad

 

•El ancho de la cimentación:

Para cumplir la condición de una distribución de presiones uniforme se requiere que:

𝑳=𝟐 𝑿𝑹

𝑩=𝑨𝑳

e) Esfuerzo admisible neto:

 

  = esfuerzo admisible = Relleno de suelo = Profundidad de zapata = Altura de Zapata = Peso de zapata?

 f) Dimensionar la cimentación

 

𝑹𝟏=𝑷𝟏(𝟏 )+𝑷𝟐(𝟏)

𝒎=𝒂𝟏

𝟐

 

 Cuando los elementos estructurales están unidas por vigas de conexión o denominada vigas de cimentación. También la zapata conectada está constituida por una zapata aislada excéntrica y una zapata interior unida por una viga de conexión rígida, que permite controlar la rotación de la zapata excéntrica correspondiente a la columna perimetral.

ZAPATAS CONECTADAS

Dimensionamiento de vigas de conexión: 

 

Donde:  = Espaciamiento entre la columna exterior y la columna interior. = Carga total de servicio de la columna exterior.

Es una placa de hormigón apoyada sobre el terreno la cual reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la superficie de apoyo, que soporta más de tres columnas que estén en línea recta y tiene muy buen comportamiento en terrenos poco homogéneos y por tanto mayor seguridad contra la falla del suelo.

La cimentación por losa es una buena solución cuando:• La construcción posee una superficie pequeña en relación al volumen (rascacielos, depósitos, silos).• La base de cimientos calculada resulta tal que la transmisión de carga a 45º representa una profundidad excesiva.• El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles asientos irregulares• El terreno de asiento es flojo y de gran espesor y los pilotes a colocar serían exageradamente largos.

LOSAS DE CIMENTACION

DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS   1. Esfuerzo neto del terreno:  σn : Capacidad Portante Admisible Neto (Tn./m2)

 

σt : Capacidad Portante Admisible (Tn./m2)

 

ɣm : Densidad promedio del suelo (Tn./m3)

 

S/C : sobrecarga sobre el NPT hf : altura del suelo sobre la zapata

𝝈𝒏=𝝈𝒕−𝜸𝒎𝒉 𝒇 −𝑺𝑪

2. ÁREA DE LA ZAPATA: - Si la columna es cuadrada o circular la zapata será

cuadrada.

 

 - Si la columna es rectangular la zapata también lo

será 𝑨𝒛=

𝑷+𝑷𝒛+𝑷𝒐𝝈𝒏

Az : Área de la zapata (m2)

P : Carga de servicio (Tn)

Pz : Peso propio de la zapata (Tn)

Po : Pesos otros (Tn)

σn : Capacidad Portante Admisible Neto (Tn./m2)

PESOS PROPIOS PARA UN PRIMER TANTEO:

σ (Kg/cm2) Pp en % de P

1.00 8% de P

2.00 5% de P

3.00 4% de P

4.00 3% de P

Aproximadamente:

𝑳=√𝑨𝒁+𝟏𝟐 (𝒕−𝒃 )  

 

DIMENSIONAMIENTO DE LA ALTURA (HZ ) DE LA ZAPATA 

 

Se asume que se punzonamiento es resistido por la superficie bajo la línea punteada. Si: d = peralte útil de la zapata: d 30cm (Artículo 15.7 E-060 Concreto del RNE)

PERALTE MÍNIMO DE LAS ZAPATAS 

h = peralte total de la zapata: h = (d +1.5 + 7.5) cm

 3. La carga neta o carga máxima de rotura será:

Vu = Pu - Wu*m*n  Vu : Cortante por punzonamiento actuante. Vc : Resistencia al cortante por punzonamiento en el concreto.

4. Dimensionamiento en Elevación:

   

   

Bo : perímetro de la sección criticaαs : parámetro igual a 40 para aquellas columnas en que la sección critica de punzonamiento tiene 4 lados, 30 para las que tiene 3 lados y 20 para las que tienen 2 lados.

   

Esta última nos dará una expresión en función de “d” Dónde:  La zapata debe verificar la capacidad cortante como viga a una distancia d de la cara de la columna de apoyo.

 

Se debe cumplir que 

   

RESISTENCIA DE DISEÑO9.3.2.3 Cortante y torsión…….………………………….…. 0.85

𝑽𝒄=𝟎 .𝟓𝟑√ 𝒇 ′𝒄 𝒃𝒘𝒅 

5. Verificación por cortante:𝑽𝒅𝒖∅

=𝑽𝒖

 

EJEMPLO DE ZAPATA AISLADA

Una columna de 0.55*0.80 m de lado, debe soportar una carga muerta de 180Tn y una carga viva de 65Tn y una sobrecarga sobre el N.P.T de 500kg/m2 El esfuerzo permisible del terreno en condiciones de servicio es de 3.5Kg/cm2, y una densidad promedio de 2.1Tn/m3.

Se deberá diseñar la zapata, la misma que deberá diseñarse con acero de fy=4200kg/cm2 y concreto de f´c=210kg/cm2

1. Esfuerzo neto del terreno: σn = σt− γm hf − s/c

σn = 35Tn/m2 − 2.1Tn/m3 2m − 0.5Tn/m∗ 2 = 30.30Tn/m2

2. Área de la zapata:

σ (Kg/cm2)

Pp en % de P

1.00 8% de P2.00 5% de P3.00 4% de P3.03 3.07%4.00 3% de P

Asumiendo que el peso propio de la zapata es el 3.07% de la carga que soporta la columna:

Pz=3.07% (180Tn+65Tn)=7.52Tn

3. La carga neta o carga máxima de rotura será:

GRACIAS