Diseño fundaciones con safe

Contenido

1. Antecedentes de diseño.......................................................................................................3

1.1 Antecedentes varios.....................................................................................................3

1.1.1 Método de diseño................................................................................................3

1.1.2 Materiales............................................................................................................3

1.1.3 Recubrimiento......................................................................................................3

1.2 Determinación de solicitaciones de diseño..................................................................3

1.3 Esquema de muros, columnas y vigas de fundación.....................................................4

1.4 Estabilidad global de las fundaciones...........................................................................5

2. Determinación de propiedades geométricas de las fundaciones individuales.....................5

2.1 Áreas en planta.............................................................................................................5

2.2 Altura de fundación......................................................................................................7

3. Análisis de fundación (Modelo SAFE)...................................................................................8

3.1 Modelo SAFE................................................................................................................8

3.2 Determinación de las presiones de contacto...............................................................9

3.3 Determinación de levantamiento...............................................................................10

4. Diseño de armaduras de refuerzo......................................................................................10

4.1 Armaduras de refuerzo en vigas de fundación...........................................................11

4.2 Armaduras de refuerzo en losas de fundación...........................................................11

4.3 Armaduras de refuerzo en zapatas.............................................................................12

5. Anexos................................................................................................................................14

5.1 “Solicitaciones de diseño”..........................................................................................14

5.2 “Predimensionamiento Geometría en planta”...........................................................16

5.3 “Estabilidad de fundaciones”......................................................................................17

5.4 “Verificación corte”....................................................................................................18

Índice de figuras

Figura Nº 1: Numeración muros y columnas................................................................................4Figura Nº 2: Numeración Vigas de fundación...............................................................................4Figura Nº 3: Metodología predimensionamiento fundación........................................................5Figura Nº 4: Metodología para cálculo de solicitación de corte...................................................7

Índice de tablas

Tabla Nº 1: Armadura de refuerzo en vigas de fundación..........................................................11Tabla Nº 2: Armadura de refuerzo en zapatas (Dirección corta)................................................12Tabla Nº 3: Armadura de refuerzo en zapatas (Dirección larga)................................................13

1. Antecedentes de diseño

1.1 Antecedentes varios

1.1.1 Método de diseño

Para el diseño de fundaciones se utilizara el código ACI 318-08.

1.1.2 Materiales

Los materiales utilizados para las fundaciones, vigas y losas se definen a continuación:

Hormigón: H30

Acero: A64-42H

1.1.3 Recubrimiento

El recubrimiento utilizado en las fundaciones es de 5 cm.

1.2 Determinación de solicitaciones de diseño

Las solicitaciones de diseño se obtienen del programa ETABS. Se analizan los esfuerzos en los distintos PIERS definidos. Un resumen de estas solicitaciones se muestra en el anexo “Solicitaciones de diseño”. Para efectos de cálculo todas las solicitaciones se consideraron negativas.

1.3 Esquema de muros, columnas y vigas de fundación.

A continuación se muestra la numeración de muros y columnas utilizadas para este informe.

Figura Nº 1: Numeración muros y columnas

Figura Nº 2: Numeración Vigas de fundación

1.4 Estabilidad global de las fundaciones

Para verificar la estabilidad global de las fundaciones se considerara que se edificio se funda sobre losa de fundación.

Factor de seguridad al volcamiento:

Fsv=M resistente

M volcante

≥1.5

Fsv=13000∗13.64 /2780∗18.58/2

=12.24≥1.5

La estabilidad de cada fundación se muestra en el anexo “Estabilidad de fundaciones”.

2. Determinación de propiedades geométricas de las fundaciones individuales

2.1 Áreas en planta

Para la determinación de las dimensiones en planta de las fundaciones se procede a predimensionarlas. Para esto se comienza dimensionando el ancho de la fundación como 3 veces el espesor de muro y el largo como el largo de muro más 3 veces el espesor para cada extremo. Este predimensionamiento se muestra en la figura XX.

Figura Nº 3: Metodología predimensionamiento fundación

Luego de esto es necesario comprobar las presiones del suelo. Para esto se calcula tensión máxima del suelo y se compara con la tensión admisible. Las tensiones admisibles utilizadas son:

σ estático = 3 kg/cm2

σ sísmico = 4.5 kg/cm2

Las tensiones máximas del suelo se calculan de dos formas, dependiendo del porcentaje en compresión del suelo. Si el suelo está 100% en compresión la tensión máxima se calcula de la siguiente forma:

σ max=Nest+max ( Nsx , Nsy )−B∗L∗h∗25

B∗L+ Mestx+ Msisx

W

Si el suelo no está 100% en compresión pero aun así está sobre un 75%, se utiliza la siguiente expresión:

σ max=2∗N

3∗( L2−e)∗b

en que: Nest: Axial por cargas estáticas

Nsx: Axial por sismo X

Nsy: Axial por sismo Y

B: Ancho de la fundación

L: Largo de la fundación

h: Altura de la fundación

Mest: Momento por cargas estáticas

Msis: Momento por sismo

Si las presiones de suelo sobrepasan la admisible, es necesario aumentar las dimensiones en planta de la fundación.

Luego de iterar las dimensiones para que las presiones del suelo cumplieran, se obtuvieron los resultados de geometría en planta, los cuales se muestran en el anexo “Predimensionamiento Geometría en planta”.

2.2 Altura de fundación

Para la determinación de las alturas de fundación se procede a la elección de una altura para luego así determinar si cumple con las solicitaciones de corte. De esta manera se comienza a iterar para encontrar la altura que cumpla con el corte y a la vez sea la óptima. Todos los elementos se consideraron como muro, por lo que solo se verifica el corte en 1 dirección.

Los esfuerzos y resistencias al corte de la fundación se calculan con las siguientes formulas:

Resistencia al corte:

Vc=√ fc6

∗bw∗d

*unidades en MPa, mm.

en que: fc: resistencia a la compresión del hormigón

bw: ancho de fundación

d: altura útil

Solicitación de corte:

Figura Nº 4: Metodología para cálculo de solicitación de corte

Vu=(B2−C2 )∗1mt .∗σmax

en que: σmax: tensión máxima del suelo = tensión admisible

C: Ancho de muro

B: Ancho de fundación

L: Largo de la fundación

Cabe mencionar que en esta ocasión se tomó el corte en la cara de la columna y la tensión máxima del suelo se considera como la tensión admisible, por lo que se está siendo más conservador a la hora de determinar la altura de la fundación. Estas mismas consideraciones se toman en la determinación del momento solicitante.

En el anexo “Verificación corte” se muestran las tablas resumen con la verificación de todos los elementos.

Luego de varias iteraciones se obtuvo que con una altura de 40 cm. Todas las fundaciones resisten al corte en 1 dirección, por lo que conservadoramente se dispondrá de una altura de 50 cm.

3. Análisis de fundación (Modelo SAFE)

3.1 Modelo SAFE

Luego de haber calculado las dimensiones iniciales de las fundaciones, se procede a diseñarlas en SAFE. Las propiedades ingresadas en este programa son las siguientes.

Geometrías: Las calculadas anteriormente.

Propiedades elementos:

Fundacioneso Hormigón H30 y altura 25 cm.

Vigas de fundacióno Hormigón H30 y altura 50 cm.

Losa de fundacióno Hormigón H30 y altura 25 cm.

Balasto:

K estático: 6 kg/cm3 K sísmico: 12 kg/cm3

Factor de Escala:

Modo X: -6.33 Modo Y: -13.50

Casos de carga:

PPSC = 1.0*PP+ 1.0*SC PPSCSX=1.0*PP+0.75*SC+0.75SX PPSCNSX=1.0*PP+0.75*SC-0.75SX PPSCSY=1.0*PP+0.75*SC+0.75SY PPSCNSY=1.0*PP+0.75*SC-0.75SY PPSX=1.0*PP+1.0*SX PPNSX=1.0*PP-1.0*SX PPSY=1.0*PP+1.0*SY PPNSY=1.0*PP-1.0*SY 06PPSX=0.6*PP+1.0*SX 06PPNSX=0.6*PP-1.0*SX 06PPSY=0.6*PP+1.0*SY 06PPNSY=0.6*PP-1.0*SY

Combinaciones de carga:

C1=1.4*P C2=1.2*PP+1.6*SC C3=1.2*PP+1.0*SC C4=1.2*PP+1.0*SC+1.4*SX C4N=1.2*PP+1.0*SC-1.4*SX C5=1.2*PP+1.0*SC+1.4*SY C5N=1.2*PP+1.0*SC-1.4*SY C6=0.9*PP C7=0.9*PP+1.4*SX C7N=0.9*PP-1.4*SX C8=0.9*PP+1.4*SY C8N=0.9*PP-1.4*SY

3.2 Determinación de las presiones de contacto

Luego de haber definido las propiedades antes mencionadas, se procede a ejecutar el modelo para así obtener las presiones de contacto, las cuales luego de analizarlas, cumplen con lo establecido anteriormente sobre las tensiones admisibles del suelo. El resultado de estas presiones se puede observar en el modelo en SAFE que se adjunta a este informe.

3.3 Determinación de levantamiento

Una vez verificada las presiones de contacto, se verifican los levantamientos en las fundaciones. Los levantamientos deben cumplir lo siguiente:

En la combinación 0.6PP (+-) Sy deben ser menor al 50%. Para todas las demás combinaciones deben ser menor al 20%.

Al observar el modelo se puede apreciar que todas las fundaciones cumplen con los levantamientos permitidos.

El resultado de estos levantamientos se puede observar en el modelo en SAFE que se adjunta a este informe.

4. Diseño de armaduras de refuerzo

Para las armaduras de refuerzo se utilizó la siguiente expresión:

La armadura mínima en fundaciones deberá ser:

As . min= 2.51000

∗b∗d

4.1 Armaduras de refuerzo en vigas de fundación

Para el cálculo de la armadura de refuerzo en vigas de fundación se obtiene el momento solicitante a partir del modelo SAFE. Luego de obtenido el momento (Mu) se calcula la armadura requerida mediante la fórmula de flexión. La armadura mínima se determinó con la formula antes mencionada y dio como resultado 4.4 cm2 (4 φ 12).

En las siguientes tablas se puede observar el resumen de las armaduras obtenidas para todas las vigas analizadas.

4.2 Armaduras de refuerzo en losas de fundación

La armadura obtenida para la única losa de fundación utilizada, ubicada en el ascensor, fue de 5.14 cm2/m, producida por un momento de 3.79 ton*m, por lo que la armadura propuesta debería ser la mínima (6.25 cm2/m).

En esta ocasión se dispondrá de una DM φ10 @ 20 (7.86 cm2/m).

Tabla Nº 1: Armadura de refuerzo en vigas de fundación

4.3 Armaduras de refuerzo en zapatas

Para el cálculo de la armadura de refuerzo en zapatas se calcula el momento que genera la reacción del suelo sobre la cara del muro (viga empotrada en voladizo), analizando 1 metro de fundación.

Mu=q∗L2

2

en que: q: tensión admisible del suelo

L: Largo de fundación

Luego de obtenido el momento (Mu) se calcula la armadura requerida mediante la fórmula de flexión. El resumen de las armaduras obtenidas para todas las zapatas analizadas se muestra a continuación.

Área de acero mínima: 12.5 cm2/m (Φ16@16)

Tabla Nº 2: Armadura de refuerzo en zapatas (Dirección corta)

Tabla Nº 3: Armadura de refuerzo en zapatas (Dirección larga)

Como se puede apreciar, la mayoría de las fundaciones se armara con la cuantía mínima de acero.

5. Anexos

5.1 “Solicitaciones de diseño”

5.2 “Predimensionamiento Geometría en planta”

5.3 “Estabilidad de fundaciones”

5.4 “Verificación corte”

Verificación de corte lado corto. Caso sísmico, más desfavorable)

ELEMENTOVu Sísmico (ton)

Vc (ton) Ф Vc Verificación Corte 1 dirección

MURO 116.65

32.7812

27.864 Resiste el corte en una dirección

MURO 216.65

32.7812


MURO 316.65

32.7812


MURO 414.4

29.1388


MURO 516.65

32.7812


MURO 616.65

32.7812


MURO 725.65

47.3506


MURO 823.4

43.7083


MURO 921.15

40.0659


MURO 1025.65

47.3506


MURO 1123.4

43.7083


MURO 1223.4

43.7083


MURO 1327.9 50.993


MURO 1423.4

43.7083


MURO 1523.4

43.7083


MURO 1612.15

25.4965


MURO 1714.4

29.1388


MURO 1818.9

36.4236 30.96 Resiste el corte en una dirección

MURO 1930.15


MURO 2018.9


MURO 2132.4

58.2777


MURO 2218.9


MURO 2318.9


COLUMNA 1 17.325 33.8739 28.793 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 2 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 3 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 4 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 5 10.575 22.9468 19.505 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 6 10.575 22.9468 19.505 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 7 10.575 22.9468 19.505 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 8 10.575 22.9468 19.505 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 9 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una dirección

COLUMNA 10 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 11 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 12 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 13 15.075 30.2315 25.697 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 14 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 15 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 16 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 17 7.65 18.2118 15.48 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 18 11.025 23.6753 20.124 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 19 14.4 29.1388 24.768 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 20 7.65 18.2118 15.48 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 21 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 22 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 23 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 24 12.15 25.4965 21.672 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 25 7.65 18.2118 15.48 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 26 7.65 18.2118 15.48 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 27 7.65 18.2118 15.48 Resiste el corte en una direcciónCOLUMNA 28 14.4 29.1388 24.768 Resiste el corte en una dirección

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