283877438 Zapatas Combinadas y Zapatas Conectadas

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TEMA:

Zapatas Combinadas y Zapatas

Conectadas.

CURSO:

Ingeniería de la Construcción II.

DOCENTE:

Ing. Jorge Guerrero Chiroque.

ALUMNO:

Fernández Hoyos W.

CICLO:

VI 2015 II

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Pimentel 05 de octubre del 2015.



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UCV - FACULTAD DE INGENIERÍA – ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2

ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................................................. 2INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3

I. ZAPATAS COMBINADAS ......................................................................................................... 4

1. DEFINICIÓN: ......................................................................................................................... 4

2. USOS DE LAS ZAPATAS COMBINADAS ............................................................................. 5

3. TIPOS DE ZAPATAS COMBINADAS .................................................................................... 6

3.1. ZAPATA COMBINADA DE LINDERO: ............................................................................... 6

3.2. ZAPATA COMBINADA INTERMEDIA ................................................................................ 7

4. APLICACIÓN DE LAS ZAPATAS COMBINADAS .................................................................. 7

4.1. COLUMNAS MUY CERCANAS ENTRE SÍ: .................................................................... 7

4.2. COLUMNA EXTERIOR CERCANA AL LÍMITE DE PROPIEDAD:................................... 8

5. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA ZAPATA COMBINADA ........................................... 8

6. MODELO ESTRUCTURAL .................................................................................................... 9

7. DISEÑO DE UNA ZAPATA COMBINADA ............................................................................ 20

II. ZAPATAS CONECTADAS CON VIGAS DE CIMENTACIÓN................................................... 28

1. DEFINICIÓN ........................................................................................................................ 28

2. USOS DE LA ZAPATAS CONECTADAS ............................................................................. 29

3. CONSIDERACIONES .......................................................................................................... 29

4. DIMENSIONAMIENTO ......................................................................................................... 30

5. MODELO ESTRUCTURAL .................................................................................................. 32

6. DISEÑO DE UNA ZAPATA CONECTADA ........................................................................... 33

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 39



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INTRODUCCIÓN

La cimentación se define como el conjunto de elementos estructurales cuya función es

transmitir las cargas de la edificación hacia el suelo, distribuyéndolas de forma que no

superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales.

Asimismo la cimentación depende especialmente de las características mecánicas del

terreno, el ángulo de razonamiento interno, posición del nivel freático, entre otros factores.

Es importante conocer cada uno de estos parámetros, pues de ellos depende el tipo de

cimentación a usar.

A partir de todas esas etapas se calcula la capacidad portante, que junto con la

homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo cimentación u otros diferentes, las

cimentaciones se clasifican en dos grandes grupos, CIMENTACIONES SUPERFICIALES y

CIMENTACIONES PROFUNDAS.

Es posible que se empleen cimentaciones superficiales que son menos costosos y más

simples de ejecutar, cuando tiene problema con la capacidad portante o la igualdad o

semejanza del mismo no es posible que usen cimentación superficial donde se valoran otrostipos de cimentaciones como las profundas.

En el presente trabajo de investigación se abordara el tema de cimentaciones superficiales,

en particular ZAPATAS COMBINADAS y ZAPATAS CONECTADAS CON VIGAS DE

CIMENTACION.

http://conceptodefinicion.de/caracter/

http://conceptodefinicion.de/caracter/



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I. ZAPATAS COMBINADAS

1. DEFINICIÓN:

Este tipo de cimentación se puede definir como aquella que puede soportar la carga

de dos o más columnas. La principal consideración que debe hacerse es el

dimensionamiento de este tipo de zapatas es que el centroide del área deberá

coincidir con la resultante de las cargas de las dos columnas para evitar

excentricidades. También debe tomarse en cuenta que las dimensiones

seleccionadas no sobrepasen la capacidad de carga del suelo y que los

asentamientos sean aceptables.

Como se mencionó anteriormente las zapatas combinadas se utilizan para evitar

excentricidades, en ocasiones no es necesario utilizar una combinación ya que la

excentricidad es pequeña y se puede alcanzar a diseñar normalmente el cimiento

para que absorba el momento transmitido por la estructura.

Se usa este tipo de zapatas cuando dos columnas (o tres no en línea), de las

edificaciones están bastante cerca, y las dimensiones en planta de las zapatas están

casi en contacto entre sí, entonces se usa un solo cimiento para las dos columnas.

Consta de un bloque rectangular de concreto, armado en dos direcciones con acero

longitudinal, en la dirección de mayor longitud, y acero transversal en la dirección de

menor longitud.

Se diseñan para resistir principalmente los esfuerzos debidos al cortante por flexión y

punzonamiento, así como para resistir los momentos flectores que se producen en

ambas direcciones debido a la reacción del suelo.



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2. USOS DE LAS ZAPATAS COMBINADAS

Se usa cuando la distancia entre las columnas es reducida o cuando la capacidad

portante es baja.

Se usa cuando las dimensiones de las zapatas de las columnas exteriores están

condicionadas por los límites de propiedad generándose excentricidades en la

zapatas. La presión del suelo no es uniforme.

Se usa para unir la columna exterior con la interior adyacente y así reducir dicha

excentricidad, logrando que la reacción del suelo sea uniforme.



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3. TIPOS DE ZAPATAS COMBINADAS

3.1. ZAPATA COMBINADA DE LINDERO:

Se utilizará una zapata combinada de lindero cuando la capacidad

de carga del terreno es muy baja y la carga del lindero muy alta.

Las diversas formas en las que se puede diseñar una zapata de lindero, ademas

de la rectangular, son las siguientes:



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3.2. ZAPATA COMBINADA INTERMEDIA

Cuando se presneta una capacidad de carga del terreno muy baja y la distancia

entre ejes los ejes de las columnas es pequeña, resultan zapatas aisladas muy

grandes y muy juntas, por lo que es preferible utilizar una zapata combinadaintermedia.

4. APLICACIÓN DE LAS ZAPATAS COMBINADAS

4.1. COLUMNAS MUY CERCANAS ENTRE SÍ:

Para esta condición si se usaran zapatas aisladas, podrían traslaparse o bien

podían resultar de proporciones poco económicas.

Es conveniente que el punto de aplicación de la resultante de las cargas

actuantes (R) coincida con el centro de gravedad de la zapata combinada (G)

para poder considerar una reacción uniforme repartida del terreno.



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4.2. COLUMNA EXTERIOR CERCANA AL LÍMITE DE PROPIEDAD:

El punto (G) fija la longitud de la zapata para una reacción uniforme repartida del

terreno.

5. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA ZAPATA COMBINADA



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P1, P2 = carga en las columnas 1 y 2.

s1, s2 = dimensión de las columnas 1 y 2.

R = fuerza resultante: R = P1 + P2

x1 = ubicación de la resultante respecto al eje de la columna 1.

L = longitud de la zapata.

B = ancho de la zapata.

H = peralte de la zapata.

a = longitud del volado de zapata respecto a la columna 2.

6. MODELO ESTRUCTURAL

Se muestra en la figura siguiente. Consta de dos cargas P1 y P2, separados de unadistancia L1. Las cargas se pueden suponer que se reparten uniformemente a lo largode las longitudes de columnas s1 y s2. Las cargas deben equilibrar con el “q neto”.

Además la resultante debe caer en el centro de gravedad de la zapata combinada.Para ello se requiere de un volado de longitud “a”.



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6.1. CÁLCULO DE LA LONGITUD L:

Se determina la longitud de la zapata de tal manera que la resultante caiga en L/2.

Se ubica la resultante tomando momentos respecto a la columna 1. 1 ∗ = 2 ∗ 1

…… (1)

Se busca que la resultante caiga en la mitad de L:

1/2+1=/2

…… (2)

Reemplazando (1) en (2):

…… (3)

6.2. DETERMINACIÓN DE B:

Se trata de que “q actuante ≤ q neto”:

…… (4)

Donde:

= peso específico promedio del relleno.

Df= profundidad de cimentación.

El peso propio de la zapata varía desde 10% a 25% del peso actuante dependiendo

de la capacidad portante del suelo.

De la Ec. (4), se despeja B:

…… (5)

= / ∗

= +

=+(/)∗

( + + ) / ( ∗ ) ≤ − ∗ −

= ( + + )/( ∗ )



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6.3. SE GRAFICAN LOS DIAGRAMAS DE MOMENTOS Y CORTANTES CON LAS

CARGAS MAYORADAS

Se calcula la reacción ultima del suelo: Reglamento Nacional de Edificaciones(Perú, 2005):

Reglamento del ACI 318-71, 77, 83, 89, 95, 99:

Reglamento del ACI 318-2002, 2005, 2008, 2011:

= . ∗ + . ∗

= . ∗ ( + ±

=.(+) +.(+)

= . ∗ + . ∗

= . ( . ∗ + . ∗ + . ∗ )

= . ∗ + . ∗

= . ∗ + ∗ + . ∗



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ESPECIFICACIONES DE LA NORMA ACI-318:



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= ( ∗ ),/

La carga lineal uniformemente repartida vale:

= ∗

= /

Dibujamos el diagrama de cortantes, y de allí encontramos los puntos X e

Y de momentos máximos.

∗ − 1 = 0

…… (7)

−( + ) + = 0

(− + )− ∗ = 0

= ∗/( − )

=



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El diagrama de momentos es:

El momento máximo vale:

…… (9)

…… (10)

6.4. DETERMINACION DEL PERALTE H:

Se verifica por:

Longitud de anclaje a compresión y tracción

= 0.08 ∗ √

= 0.004 ∗

…… (11)

= á . = . = .

. = ∗ −(−

)

. = ( + ) −

∗

=

= + + + + …… 12



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Cortante por punzonamiento.

2 = 2 − ∗ á ó .

=(2+)(2+)

…… (13)

El esfuerzo cortante punzonante actuante:

…… (14)

…… (15)

Reemplazando (13) y (15) en la ecuación (14)

2 =[2 − ( 2 + )( 2 + )]

[( 2 + 2 + 2 ] /2

El esfuerzo cortante admisible por punzonamiento:

…… (17)

…… (18)

= − (+)(+)

=

∗

= = ( + + ) ∗

= . ∗ ∗ √ ´ /

=



-


De la ecuación (18) despejamos el peralte d:

Cortante por flexión:

El cortante por flexión lo calculamos a la distancia d de la cara de lacolumna.

El esfuerzo cortante admisible es:

El esfuerzo cortante admisible es:

…… (21)

= − ∗

…… 20 = ∗

= . ∗ . √ ´

…… 19



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Se debe cumplir que:

…… (22)

De la ecuación 22 despejamos el peralte d.

De las ecuaciones 12, 18 y 22 obtenemos el máximo d, de dondeobtenemos H.

6.5. ACERO POR FLEXIÓN EN LA DIRECCIÓN LONGITUDINAL:

El acero por flexión en la dirección longitudinal lo obtenemos con el diagrama de

momentos, con el momento máximo positivo y negativo respectivamente:

= ∅ −

2

6.6. ACERO MÍNIMO:

El área de acero calculado tiene que ser mayor que el mínimo:

=

= ∗′ . ∗ ∗ …… 23

= 0.7√

…… 24



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6.7. CALCULAMOS EL NÚMERO DE VARILLAS:

6.8. SECCIÓN DE VARILLAS:

Con el número de varillas en el lecho superior e inferior calculamos las

separaciones del lado derecho superior e inferior:

6.9. ÁREA DE ACERO EN LA DIRECCIÓN LONGITUDINAL:

=

…… 25

ó = −−∗ −

…… 26



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Tener en cuenta el ancho equivalente para la flexión transversal:

(Juan Ortega)

(Roberto Morales) …… (27)

6.10. PARA LA ZONA DE LA COLUMNA 2 QUE ES LA MÁS DESFAVORABLE:

6.11. CON EL MOMENTO SE CALCULA EL ACERO TRANSVERSAL:

= + .

= + .

= + .

= +

=

…… 28

= ∗ ∗ …… 29



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7. DISEÑO DE UNA ZAPATA COMBINADA



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II. ZAPATAS CONECTADAS CON VIGAS DE CIMENTACIÓN

1. DEFINICIÓN

La zapata conectada está constituida por una zapata 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. Se considera una solución

económica, especialmente para distancias entre ejes de columnas mayores de 6m.

Usualmente es más económico que la zapata combinada.

Estructuralmente se tienen dos zapatas aisladas, siendo una de ellas excéntricas, la

que está en el límite de propiedad y diseñada bajo la condición de presión uniformedel terreno; el momento de flexión debido a que la carga de la columna y la resultante

de las presiones del terreno no coinciden, es resistido por una viga de conexión rígida

que une las dos columnas que forman la zapata conectada.

La viga de conexión debe ser muy rígida para que se a compatible con el modelo

estructural supuesto. La única complicación es la interacción entre el suelo y el fondo

de la viga. Algunos autores recomiendan que la viga no se apoye en el terreno, o que

se apoye el suelo debajo de ella de manera que solo resista su peso propio. Si se usaun ancho pequeño de 30 o 40 cm., este problema es de poca importancia para el

análisis.



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2. USOS DE LA ZAPATAS CONECTADAS

Es utilizada cuando la columna está ubicada en el límite de propiedad y el uso

de zapatas excéntricas sometidas a presiones elevadas, debido a la distribución

triangular que se produce al considerar la excentricidad de la carga actuante, no

es segura ni económica.

Cuando dos columnas son cercanas y/o las zapatas aisladas que se quisieron

diseñar se superponen, se recurre a considerar una sola zapata para las dos

columnas.

Si se tuvieran más de dos columnas dispuestas en una dirección y se debe

considerar una sola zapata para toda la fila de columnas, también se tendría unazapata combinada.

3. CONSIDERACIONES

No se toma en cuenta el peso de la viga y su influencia en el cortante y el

momento.

La presión del terreno no se está considerando uniformemente repartida en todala zapata, sino como una reacción concentrada en el eje de la zapata.

La rigidez al giro de la zapata interior se desprecia y se considera como si la

viga estuviera articulada en ese extremo.

La viga de conexión es muy rígida de manera que ella absorbe el íntegro del

momento existente en las columnas.

Esta viga cambia el comportamiento de la zapata, pues ahora se comporta

como una losa que se apoya en la viga y vuela hacia los dos lados de la viga.La función de la viga que conecta la zapata exterior excéntrica y la zapata

interior, es tomar el momento resistente en la zapata exterior impidiendo el giro

de ésta, de tal modo de poder considerar una distribución uniforme en las

presiones del terreno.



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4. DIMENSIONAMIENTO

El dimensionamiento de las zapatas conectadas es equivalente al de dos

zapatas aisladas, que tienen las siguientes particularidades.

La zapata excéntrica se dimensionará con voladizos diferentes de manera que

en la dirección de la viga su dimensión sea menor que en la dirección

transversal, para disminuir la excentricidad.

Es recomendable que la viga tenga un ancho igual o mayor al ancho de la

columna y un peralte que le permita tener buena rigidez.

El fondo de la viga debe estar a 10 o 20 cm. por encima del fondo de la zapata

con la finalidad de que no tome presiones del terreno.

El diseño se realiza en forma similar al de zapatas aisladas y la viga de conexión

similar a una viga simple sometida a esfuerzos de flexión y cortante.

4.1. DIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA DE CONEXIÓN

Donde:

= .

= .

= =

∗ ≥



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4.2. DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA EXTERIOR

La zapata exterior transfiere su carga a la viga de conexión, actuando la zapata

como una losa en voladizo a ambos lados de la viga de conexión. Se

recomienda dimensionarla considerando una dimensión longitudinal igual a 1.5

a 2.0 veces la dimensión en la dirección de la excentricidad.

4.3. ZAPATA INTERIOR

Se diseña como una zapata aislada. Puede considerarse la reacción de la viga

de conexión. En el diseño de cortante por punzonamiento se considera la

influencia de la viga de conexión en la determinación de la zona crítica.

4.4. VIGA DE CONEXIÓN

Debe analizarse como una viga articulada a las columnas exterior e interior,

que soporta la reacción neta del terreno en la zapata exterior y su peso propio.



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5. MODELO ESTRUCTURAL

= + ∗

= + ∗

− +

ℎ.

= − ∗

= − ∗

+ +



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6. DISEÑO DE UNA ZAPATA CONECTADA



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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONCRETO ARMADO, Ing. Roberto Morales Morales.

CIMENTACIONES DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES, I

Congreso Nacional de Ingeniería Estructural y Construcción. Capítulo

Peruano del ACI.

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO. TeodoroHarmsen.

CIMENTACIONES, Ing. Ovidio Serrano Zelada.

PRE-DIMENSIONADO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES, Ing.

William Rodríguez Serquén.

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