Teorias-1 PROYECTO

UMSS FUNDACIONES I INGENIERIA CIVIL Univ. Espada Rossell Pablo

1.- INTRODUCCIÓN

Este proyecto se a realizado con el único fin de aprender a diseñar las zapatas aisladas para

la fundación de edificios, en este caso se trata de un edificio que consta una planta baja,

cuatro plantas tipo.

El proyecto estará comprendido por los siguientes cálculos:

El cálculo de las cargas muertas y la carga viva de la estructura, obtenidas de tablas mas

información buscar en anexos. También se hará la simulación de la estructura con la ayuda

del programa ETAPS versión 9, para determinación de todos los esfuerzos, momentos y

otros.

Para el diseño de las columnas se utilizo CPCOLUM, y el diseño de las zapatas se las realizo a mano.

1.1.- OBJETIVOS GENERALES:

Aplicar y ampliar nuestro conocimiento adquiridos para así luego aplicarlos en la vida real de

construcción

Dar una solución económica y segura en el diseño de las columnas y zapatas de fundación

de una estructura

Poner en práctica todo lo estudiado y aprendido en las materias de Hormigón Armado y

Fundaciones I

Dar el uso respectivo a las normas vigentes en nuestro país y con el mejor criterio posible

1.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1


El objetivo especifico de este proyecto, es el de aplicar correctamente los conocimientos

adquiridos en la materia de Fundaciones I para así lograr el diseño de las zapatas de

fundación mas económicas posibles para una estructura

Se dará a entender como zapata económica a aquella zapata que contenga la menor

cantidad posible de refuerzos de acero y Hormigón y que resista satisfactoriamente todas las

cargas de servicio y las ocasionales con un factor de seguridad muy conservador esto debido

a que las fundaciones son los elementos estructurales más importantes de una estructura

1.3.-DATOS GENERALES

1.31.- Ubicación del Proyecto

El pronto a ser emplazado se encuentra ubicado en la CALLE COCHABAMBA en la ciudad

de cbba, Provincia Quillacollo 3ra sección Tiquipaya entre las calles Loa y a una cuadra de la

Av. Reducto con una superficie total de construcción de 842.48 m2`

DATOS DE ESTRUCTURA

La relación de superficies es lo que limita la construcción por lo que detallamos a continuación:

SUP. LOTE 358.20 m2

SUP. HABITABLE 673.62 m2

SUP. CONSTRUIDA 842.48 m2

SUPERFICIE UTIL 352.00 m2

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1.3.2.-Características Generales del Emplazamiento del Proyecto

El plano de cimientos nos muestra en planta con 10 zapatas, las columnas se extienden

hasta el último nivel, para el diseño se analizara la similitud entre zapatas para realizar un

diseño como zapatas tipo

1.3.3.-Propietario

El proyecto del edificio en estudio es de propiedad del señor: CRISTOVAL GUZMAN

1.3.4.- Numero de Niveles y Uso del Edificio El edificio cuenta con:

- Una planta baja destinado como tiendas

- Cuatro plantas tipo (departamentos)

- Una terraza

DATOS DE ENTRADA

2.- DATOS DEL PROYECTO

DATOS DE ENTRADA

2.1.- Características generales del estudio de suelos

Cuando se construye cualquier estructura es muy importante tomar en cuenta los esfuerzos

que se producen en el nivel de contacto entre la estructura y el suelo de fundación, o sea,

entre las fundaciones y el terreno donde éstas se apoyan. Uno de los fenómenos más

importantes a considerar es el Incremento de Esfuerzo Vertical, que conduce a un aumento

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de esfuerzo en la masa de suelo que la soporta, la magnitud de deformación por debajo la

estructura dependerá del incremento de esfuerzo producido.

El asentamiento que se puede producir en las estructuras está clasificado de 3 maneras:

Asentamiento Inmediato, Asentamiento por Consolidación Primaria y el Asentamiento

por Consolidación Secundaria, siendo el primero el más frecuente en los suelos arenosos,

basado en la teoría de la elástica y los otros dos para suelos arcillosos que resultan de la

expulsión gradual del agua y del reordenamiento de las partículas bajo una carga constante.

Haciendo frente a estos dos fenómenos podemos mencionar la Capacidad portante de

fundaciones superficiales, como es de saber que las fundaciones están diseñadas para

satisfacer ciertos criterios de resistencia y servicio.

El criterio de resistencia tiene el propósito de asegurar que la fundación tenga suficiente

resistencia de reserva para resistir las grandes cargas ocasionales, en cambio el criterio de

servicio indica que la fundación debe satisfacer su propósito de diseño bajo cargas de

operación normales, este criterio es típicamente una consideración a largo plazo.

Los términos utilizados que relacionan presiones de soporte y capacidad de soporte son los

siguientes:

Capacidad ultima de apoyo qu

Es el valor de la intensidad de carga a la cual el terreno falla al corte.

Máxima capacidad segura de apoyo qs

Es la carga última de apoyo dividida por un factor de seguridad adecuado (Ejemplo: FS =

1.5).4


Carga admisible qa

Carga admisible de un suelo es la máxima presión bruta permisible en el terreno en cualquier

caso dado

2.2.- Normas de diseño empleados

Para el procedimiento del calculo estructural y para el diseño de zapatas se empleara la

norma American Concret Institute (ACI 318-05)

2.3.- Cota de Fundación

La cota de fundación que se considera en este proyecto esta en función del tipo de suelo en

el que se esta fundando, tipo de estructura y construcciones vecinas. Para esto se debe

realizar un estudio muy detallado para calcular exactamente la profundidad de fundaciones

por eso que por razones académicas se tomara un nivel de fundación de 1.5 m de por

debajo de mi semisótano

2.4.- Recubrimiento

El recubrimiento que se debe tomar para los diferentes elementos estructurales, depende de la agresividad del medio al que están expuestos y de las características del hormigón. En este caso se tomarán los siguientes valores de recubrimiento en cm. para las columnas y zapatas:

Recubrimiento de columnas = 3.0 cm.

Recubrimiento de Zapatas= 5 0 cm.

2.5.- Justificación del uso del tipo de fundación

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El siguiente proyecto de realizara con Zapatas Aisladas que serán de exclusivo aprendizaje

ya que estas se podrían diseñar con otro tipo para tomar en cuenta economía y

caracterización.

2.6.- Valor Adoptado para la Resistencia Admisible del Suelo

Ver Anexos – Tabla # 1

Asumimos el terreno de fundación como una arcilla firme, por lo que se tiene:

qadm = 75 - 150 KN/m2

tomando un valor de seguridad:

qadm = 130 KN/m2 = 1.3 Kg/cm2

Por tanto:

Resistencia admisible del suelo de fundación = qadm = 1.0 Kg./cm2

2.7.- Valor Adoptado para el coeficiente de balasto

Ver Anexos – Tabla # 2

Asumimos el terreno de fundación como una arcilla húmeda, por lo que se tiene:

K = 4.0 – 5.0 K/cm3

tomando un valor de:

K = 4.0 K/cm3

K = 4.0 *104 = 416 KN/m3

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2.8.- Valor Adoptado para el límite de fluencia del acero

Columnas: fy = 4280 Kg./cm2

Zapatas: fy = 4280 Kg./cm2

Se utiliza el limite de fluencia de acero de 4280 debido a que este se encuentra en el

mercado y tambien la norma ACI 318 – 05 nos presenta tablas para este tipo de aceros

2.9.- Valor Adoptado para la resistencia característica del hormigón

Columnas: fc = 280 Kg./cm2

Zapatas: fc = 280 Kg./cm2

3.- ANALISIS DE CARGAS

3.1.- Determinación de cargas

Para iniciar el diseño de las columnas y zapatas, se realizara un análisis minucioso de todas

las cargas muertas y vivas que se presentan en la estructura del edificio, Este cálculo se

realizara más delante (Cargas muertas)

Las cargas muertas son producidas por el peso propio de la estructura (columnas, vigas,

losas, escaleras, etc.), los pisos y contrapisos tanto en las losas como en las escaleras, los

muros y balcones, etc.

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Todas las cargas muertas se calcularan para todos los pisos por separado y se distribuirán

sobre las vigas, las losas, balcones y escaleras para realizar el cargado correspondiente al

paquete estructural ETAPS – 9 para la determinación de esfuerzos.

Las cargas vivas serán distribuidas sobre las losas.balcones y escaleras con valores

especificados mas adelante (Cargas vivas).como se sabe las losas transmiten las cargas a

las vigas y estas a su ves transmiten estas cargas a las columnas.para el caso de las

vigas,losas escaleras,etc se debe realizar un prediseño para determinar la sección, para

luego después cargarlo en el ETAPS-9

3.1.1.- Cargas muertas

Para cargar al ETAPS-9 se realizaron los siguientes prediseños

Predimencionado de las vigas

Predimencionado de las losas

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Se utilizaron los siguientes pesos específicos para los diferentes materiales para el cálculo

de las cargas muertas.

- Hormigón Armado H° A° 2400 kg/m3

- Ladrillo cerámico ( 20-30% de huecos ) 1400 kg/m3

- Hormigón en masa 2000 kg/m3

- Yeso 1250 kg/m3

9


3.1.2.- Cargas vivas

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Para determinar el peso de la carga viva, nos basaremos en normas y reglamentos según sea la funcionalidad que se de a la estructura, tomando en cuenta siempre la Norma ACI y el Código Boliviano del Hormigón.

Por lo tanto tomaremos valores de:

CV = 200 Kg./m2 habitaciones de viviendas

CV = 488.29 Kg./m2 en escaleras y accesos públicos (con 4.79 KN/M2)

CV = 300 Kg./m2 en oficinas públicas

CV = 300 Kg./m2 en Terrazas y balcones

4.- ANALISIS ESTRUCTURAL

En la actualidad, sea creado varios programas estructurales que resuelven todo tipo de

estructuras complejas las cuales nos tomarían un tiempo muy prolongado si lo hacemos

manualmente. Entre estos programas se tienen el Solids Work, Matlab, SAP – 2000, y

otos. En el presente proyecto utilizaremos el simulador estructural ETAPS-9 es conocido

esto debido a que nos proporciona resultados muy confiables el ETAPS-9 es un programa

muy bueno para el análisis estático y dinámico tanto como de estructuras tridimensionales

como bidimensionales compuestas por barras rectas (vigas y columnas), placas (Losas)

donde su principal propósito del programa es el de analizar las fuerzas de una

estructura ,esto significa que el programa nos proporciona resultados de las fuerzas

Axiales,Momentos,cotantes,etc para que así se llegue a tomar dediciones de diseño de la

estructura.

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El ETAPS-9 es una importante herramienta que nos ayuda en el análisis de estructuras y en

la etapa de diseños el ETAPS emplea en la solución del método de los elementos finitos o

FEM (Finita Elements Method) este método consiste en ensamblar el comportamiento de

cada electo (vigas, soporte y placas) en una matriz global que representa el comportamiento

de la estructura

El ETAPS analiza a las estructuras que se deforman linealmente, para que un a estructura se

deforme linealmente se deben satisfacer los siguientes requisitos:

- El material de la estructura debe seguir la ley de Hook

- Los desplazamientos de estructura deben ser pequeños

- No existen interacción entere los efectos de flexión y axial en los elementos

Si una estructura no cumple los anteriores requisitos, no puede ser calculada con el ETAPS,

la mayoría de estos programas tienen esta restricción.

4.1.- Cargado de Estructura

Se ha dibujado en el ETAPS toda la estructura con la mayor cantidad de detalles posible

para simular las condiciones reales en las que se encuentra la estructura. Este dibujo consta

de barras rectas que pueden ser la columnas o vigas, placas que representas las losas de

los pisos, los balcones y las escaleras

Para el análisis estructural se utilizo las siguientes cargas:

- D carga muerta

- L carga viva

Las combinaciones que se realizan son las siguientes:

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9.- DOSIFICASION

El objetivo de la dosificación de hormigones es determinar las proporciones en que deben

combinarse los materiales componentes, de manera de obtener las condiciones previstas

para el hormigón.

Para este objeto es básico establecer previamente cuales son las condiciones esperadas que

debe cumplir el hormigón y, tomando en consideración las propiedades generales en estado

fresco y endurecido, determinar las proporciones óptimas que las satisfacen.

Estas proporciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente corresponden a las que se señalan en el siguiente

cuadro:

TIPO DE CONDICION

CARACTERISTICAS RELACIONADAS

PARAMETROS

CONDICIONANTES

Condiciones de diseño ResistenciaTipo de cemento

Razón agua/cemento

Condiciones de uso en

obra

Docilidad

Fluidez

Dosis de agua

Granulometría

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COMB1 1.4 D

COMB2 1.2D +1.6L

COMB5 L+D


Consistencia

Características elementoTamaño máximo

Condiciones de

durabilidad

Condiciones ambientales

Ataques agresivos

Tipo de cemento

Uso aditivos

Dosis mínima cemento

Condiciones esperadas de un hormigón

9.1.- Determinación de las condiciones de partida de la dosificación

Las dos primeras de estas condiciones deben ser definidas de acuerdo a las características

de la obra y en base a las siguientes premisas:

a) Tipo de cemento: Queda definido básicamente por la existencia de un ambiente que

pueda generar acciones agresivas sobre el hormigón. Eventualmente puede ser necesario

considerar la elección de un cemento alta resistencia, si las condiciones de obra requieran de

resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un cemento corriente.

b) Uso de aditivos: Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios

establecidos para su uso.

9.2.- Métodos de dosificación

La forma de determinación de las restantes condiciones de partida constituye uno de los

objetivos básicos de los métodos de dosificación, lo cual efectúan basándose en las

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propiedades generales del hormigón en estado fresco y endurecido, para luego definir un

procedimiento de cálculo de las cantidades de los materiales componentes.

Existen numerosos métodos para la dosificación del hormigón, basados en distintos

criterios:

- American Concrete Institute

- Bolomey

- Foury

- Granulométrico

9.3.- Desarrollo de métodos de dosificación

1) Calculo de la resistencia media

2) Relación agua/cemento (A/C)

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Resistencia a la compresión

especificada fck

kg/cm2

Resistencia a la compresión

requerida fcm

kg/cm2

Menos de 210 fcm = 1,15 * fck + 20

De 210 a 350 fcm = 1,35 * fck + 15

Mas de 350 fcm = 1,20 * fck + 10

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/aciT6.htm

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/granulomT6.htm

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/fouryT6.htm

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/bolomeyT6.htm


3) Modulo de finura

Tamaño Máximo del árido mm.

Modulo de

finura mf

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

5,21 5,45 5,64 5,82 6 6,16 6,29 6,4 6,51 6,6

Modulo de finura correspondiente a la parábola de FULLER

mfa=3 (Asumidos, arena (2.5 – 3.5))

mfg=7 (Asumidos, grava (6.0 – 8.0))

Para dimensiones entre 15 a 30 cm. y para vigas, pilares y muros armados tenemos un

tamaño máximo de agregado de 20 a 40mm.

Entonces asumimos un tamaño máximo de agregado de 40mm

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Tipo de Cemento

Arido Rodado

Arido Machacado

Portland P - 250

0,0072 0,0046

Portland P - 350

0,0054 0,0035

Portland P - 450

0,0043 0,0028


Modulo de finura para el tamaño máximo del Árido (de tabla)

mf=5.82

4) Porcentaje en peso de arena y grava a mezclar

a) Arena

b) Grava

5) Cantidad de agua en litros por m3 de hormigón

Para consistencia: Blanda

A=185 lt/m3

Consistencia del

Hormigon

Asiento Aridos RodadosAridos

Machacados

cm80 mm

40 mm

20 mm

80 mm

40 mm

20 mm

Seca 0 - 2 135 155 175 155 175 195

Plastica 3 - 5 150 170 190 170 190 210

Blanda 6 - 9 165 185 205 185 205 225

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Fluida 10 - 15 180 200 220 200 220 240

Litros por m3 de hormigón

6) Cantidad de cemento en Kg. por m3 de hormigón

7) Cantidad de agregados por m3 de hormigón

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Material

Peso Especifico kg/m3

YReal YAparente

Cemento 3150 1100

Arena 2650 1550

Grava 2650 1670


8) Resúmenes

PARA 1 M3 DE HORMIGÓN

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CARGAS PARA DISENO DE COLUMNAS

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CARGAS PARA DISENO DE ZAPATAS

Piso ColumnaCarga

(1.2D+1.6L) P (Tn) M2 (Tnm) M3 (Tnm)

STORY1 C1 ACI2 -49.16475 0.17472 -0.055027

STORY1 C2 ACI2 -104.3903 0.4398534 -0.14024

STORY1 C3 ACI2 -64.48082 0.3125236 1.134019

STORY1 C4 ACI2 -54.2216 -0.094304 -0.133173

STORY1 C5 ACI2 -106.501 -0.184206 0.0365054

STORY1 C6 ACI2 -63.17301 0.0488222 0.9592691

STORY1 C7 ACI2 -49.19038 0.1973412 -0.16655

STORY1 C8 ACI2 -104.6919 0.2891737 -0.045536

STORY1 C9 ACI2 -41.68995 0.3603495 0.8174284

STORY1 C10 ACI2 -48.62675 -0.140497 -0.090912

STORY1 C11 ACI2 -108.6909 -0.174841 -0.068512

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STORY1 C12 ACI2 -44.06476 -0.096879 0.7775669

STORY1 C13 ACI2 -57.4098 0.067946 -0.215337

STORY1 C14 ACI2 -127.6155 0.1134661 -0.36489

STORY1 C15 ACI2 -80.90375 0.0889809 1.200769

STORY1 C16 ACI2 -106.24 0.0273943 -0.491651

STORY1 C17 ACI2 -77.58193 -0.145818 1.093128

Story ColumnCarga(D+L) P(Tn) M2(Tnm) M3 (Tnm)

STORY1 C1 ASD -39.12655 0.1361372 -0.037598STORY1 C2 ASD -82.50228 0.3469384 -0.10196STORY1 C3 ASD -51.1328 0.245376 0.8965451STORY1 C4 ASD -42.97442 -0.075378 -0.097747STORY1 C5 ASD -83.76514 -0.145137 0.0376296STORY1 C6 ASD -49.91334 0.0362703 0.7557096

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STORY1 C7 ASD -39.01037 0.1525837 -0.123996STORY1 C8 ASD -82.50062 0.2229548 -0.029852STORY1 C9 ASD -33.3838 0.2802513 0.650349STORY1 C10 ASD -38.50945 -0.111989 -0.063886STORY1 C11 ASD -85.60483 -0.137136 -0.049786STORY1 C12 ASD -35.27684 -0.078432 0.6197359STORY1 C13 ASD -45.57545 0.0486113 -0.162857STORY1 C14 ASD -100.4301 0.0856709 -0.276626STORY1 C15 ASD -63.87118 0.0690727 0.9458473STORY1 C16 ASD -83.97829 0.0172989 -0.376433STORY1 C17 ASD -61.41263 -0.119553 0.864306

Elementos Posición Diámetro Longitud A (cm) B Número Longitud Masa Masa

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(mm) (cm) (cm) total (cm) (kg) total (kg)Nombre Número Unitario total

zapata 1 11 16 190 190 6 6 1140 18.01

31.453 20 136 76 60 4 4 544 13.44

ZAPATA 2

1

4 20 250 250 7 7 1750 43.24

98.225 20 250 250 7 7 1750 43.24

6 16 93 74 19 8 8 744 11.75

ZAPATA 3

1

7 16 210 210 7 7 1470 23.22

50.338 16 170 170 6 6 1020 16.11

9 16 87 68 19 8 8 696 11.00

ZAPATA 4

1

10 16 180 180 6 6 1080 17.06

44.1111 16 180 180 6 6 1080 17.06

12 20 101 77 24 4 4 404 9.98

ZAPATA 5

1

13 16 250 250 12 12 3000 47.39

106.6714 16 250 250 12 12 3000 47.39

15 16 94 75 19 8 8 752 11.88

ZAPATA 6

1

16 16 190 190 7 7 1330 21.01

52.8917 16 190 190 7 7 1330 21.01

18 16 86 67 19 8 8 688 10.87

ZAPATA 7

1

19 16 170 170 5 5 850 13.43

36.6420 16 170 170 5 5 850 13.43

21 20 99 75 24 4 4 396 9.78

ZAPATA 8

1

22 20 310 310 6 6 1860 45.95

111.8623 16 190 190 18 18 3420 54.03

24 16 94 75 19 8 8 752 11.88

ZAPATA 9

1

25 16 160 160 5 5 800 12.64

35.5126 16 160 160 5 5 800 12.64

27 16 81 62 19 8 8 648 10.24

ZAPATA 10

1

28 16 170 170 5 5 850 13.43

37.3529 16 170 170 5 5 850 13.43

30 16 83 64 19 8 8 664 10.49

ZAPATA 11

1

31 20 320 320 6 6 1920 47.44

113.4732 16 190 190 18 18 3420 54.03

33 16 95 76 19 8 8 760 12.01

ZAPATA 12

1

34 16 150 150 4 4 600 9.48

28.6435 16 150 150 4 4 600 9.48

36 20 98 74 24 4 4 392 9.68

ZAPATA 13

1

37 16 190 190 6 6 1140 18.01

44.8738 16 170 170 6 6 1020 16.11

39 16 85 66 19 8 8 680 10.74

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ZAPATA 14

1

40 16 270 270 13 13 3510 55.45

123.2941 16 270 270 13 13 3510 55.45

42 16 98 79 19 8 8 784 12.39

ZAPATA 15

1

43 16 220 220 8 8 1760 27.80

66.2844 16 220 220 8 8 1760 27.80

45 20 108 84 24 4 4 432 10.67

ZAPATA 16

1

46 16 250 250 11 11 2750 43.45

98.7747 16 250 250 11 11 2750 43.45

48 16 94 75 19 8 8 752 11.88

ZAPATA 17

149 16 230 230 9 9 2070 32.70

68.0950 16 190 190 8 8 1520 24.01

51 16 90 71 19 8 8 720 11.37

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