Zapata Basico SAP

7/17/2019 Zapata Basico SAP

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0 INDICE

1. Objetivos2. Proyecto3. Normativa4. Definiciones

5. Análisisa. Cálculos Previosi. Pre dimensionamiento de Zapataii. Determinación de Fuerzas

b. Definicionesi. Definición Geométricaii. Definición De Materialesiii. Definición De Elementos

c. Asignacionesi. Carga Axialii. Fuerza Cortante

iii. Momento Flectoriv. Soportes6. Resultado

a. Fuerzas Actuantesb. Asentamientos

7. Diseñoa. Cuadro De Elementos

8. Conclusiones



1 OBJETIVOS Esta memoria de cálculo tiene por finalidad mostrar el diseño de la cimentación tipo

zapata aislada para la estructura metálica tipo torre que soportará las antenas para

telecomunicaciones. Por ello se busca alcanzar los siguientes objetivos:

Mostrar un procedimiento racional para la determinación de los esfuerzos y

desplazamientos.

Verificar que los resultados obtenidos están dentro de los límites normativos de

vigencia nacional e internacional.

2

PROYECTO

El proyecto ha sido concebido para instalar una torre cuadrada que se desplante en la

superficie del terreno y alcance una altura de 36.00m, las características geométricas de

la cimentación son:

La sub estructura o cimentación superficial será de tipo zapata aislada. Esta

zapata tiene una forma cuadrada con dimensiones de 6.0m en cada lado, el

peralte de la cimentación es de 0.80m.

El material de la zapata es concreto reforzado vaciado sobre un solado de 0.10mde espesor.

En la parte central de la zapata se tiene un mástil de 2.0m x2.0m y una altura de

0.60m.

La cimentación se desplantará a una profundidad de -0.40m del Nivel Terreno

Natural NTN ± 0.00m



3 NORMATIVA Esta memoria de cálculo es la representación escrita de la evaluación estructural

realizada siguiendo los lineamientos de las siguientes normativas:

REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

NTE E-020 NORMA DE CARGAS

NTE E-060 NORMA PARA EL DISEÑO DE CONCRETO ARMADO

Se aplicado estas normas en todo aquello que son congruentes con la metodología de

la LRFD en el análisis y el diseño.

4 DEFINICIONES A continuación se presenta las principales definiciones de configuración estructural.

Zapata Aislada; Una zapata es un tipo de cimentación superficial (normalmente

aislada), que puede ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de

resistencias a compresión medias o altas. Consisten en un ancho prisma de

hormigón (concreto) situado bajo los pilares de la estructura. Su función es

transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura y

anclarla.

Capacidad Portante; En cimentaciones se denomina capacidad portante a la

capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente

la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la

cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o

un asentamiento diferencial excesivo.



5 ANALISIS Para esta etapa de la evaluación estructural se han utilizado las normas citadas en el

punto tres (03) con el fin de conseguir las condiciones de carga a la que será sometida

la estructura.

A CALCULOS PREVIOS

I PRE DIMENSIONAMIENTO DE ZAPATA

Para el pre dimensionamiento de la zapata se usaran los siguientes datos de carga.

Carga Máxima Transmitida al Terreno 50.0 tn

Carga de Arrancamiento 50.0 tn Carga Axial 50.0 tn

Momento Flector 70.0 tn

Fuerza Cortante 50.0 tn

Estas cargas han sido redondeadas de las obtenidas del análisis de la torre. Ver Anexo

01.

PRE DIMENSIONAMIENTO POR CAPACIDAD PORTANTE

Se deberá satisfacer la siguiente ecuación

=

Donde:s= EsfuerzoF = Fuerza

A = Área



De esta ecuación se puede despejar el área de la zapata dividiendo la fuerza vertical

hacia abajo (Evaluación estructural de la torre) entre el esfuerzo (Capacidad portante –

estudio de mecánica de suelos). Como ambos valores son conocidos. Reemplazamos

y obtenemos:

=

=50

7 2⁄

= 7.14

= √

= √7.14

= 2.67 ≈ 3.00

Este resultado es preliminar y solo representa un valor posible de solución.

PREDIMENSIONAMIENTO POR ARRANCAMIENTO

Se deberá satisfacer como mínimo la siguiente ecuación:

=

50.0 =

=50

0.80 2.4

= 26.04

= √

= √26.04

= 5.10 ≈ 6.00 II DETERMINACION DE FUERZAS Y COMBINACIONES

Las fuerzas a utilizar son las siguientes:

Pu : Fuerza Axial

Mu : Momento Flector

Vu : Fuerza Cortante



Para esta cimentación tipo zapata aislada se usará la combinación lineal de las fuerzas

descritas sin coeficientes de amplificación. Es necesario recalcar que las fuerzas que se

usarán provienen del análisis realizado a la torre metálica y ya están amplificadas

siguiendo su propia normativa y procedimiento.

Combinación 01: Diseño de Zapata

Pu + Mu

Combinación 02: Diseño de Pedestal

Vu

Esta zapata será sometida a un análisis no lineal usando el software SAP2000. Lamagnitud de las fuerzas son:

Pu = 50.0 tn

Mu = 70.0 tn

Vu = 50.0 tn



B DEFINICIONES

I DEFINICION GEOMETRICA

La geometría de la cimentación contempla la zapata y el pedestal con las dimensiones

descritas en el numeral 2.

Imagen 01:Geometría Propuesta

II DEFINICION DE MATERIALES

Los materiales a utilizar son el concreto f’c 210kg/cm2 y la albañilería. Las principales

características de dichos materiales se citan a continuación:

Cuadro 01Propiedades de los Materiales

Material Peso Especifico Módulo de

Elasticidad

Resistencia

Concreto 2400 kg/m3 210,000 kg/cm2 210 kg/cm2

III DEFINICION DE ELEMENTOS

Para la realización de esta memoria de cálculo se ha utilizado el software SAP2000

consiguiendo la idealización de las secciones reales.

Imagen 02Definición de Zapata



Imagen 03Definición de Pedestal



C ASIGNACIONES

I CARGA AXIAL (Pu)

Esta carga se ha asignado homogéneamente en la parte superior del pedestal. Dado

que el análisis ha requerido la partición de dicho elemento en 10 partes cada lado se ha

asignado la carga mediante el siguiente arreglo.

=50.0

1111

= 0.41

Este valor es el que se asignará a cada nodo de la corona del pedestal

II FUERZA CORTANTE (Vu)

La fuerza cortante se ha incluido por separado porque sus efectos recaen

primordialmente en el pedestal, siendo este el único elemento que debe resistir el

efecto de corte que esta fuerza produce.

III MOMENTO FLECTOR (Mu)

La asignación del momento flector se ha realizado convirtiendo los 70.0 tn-m a un par defuerzas paralelas y en sentido opuesto de 50.0 tn distanciadas a 1.40m una de la otra

IV SOPORTES

La zapata ha sido analizada considerando un módulo de balastro igual a 3.0 kg/cm3 por

debajo de la zapata y en la dirección vertical.



6 RESULTADOS Para verificar el cumplimiento del primero de los dos (02) objetivos propuestos se ha

desarrollado detalladamente los puntos anteriores. Para verificar el cumplimiento del

segundo de los objetivos propuestos se verá en este numeral las operaciones de

verificación que se realizan a cada elemento.

A FUERZAS ACTUANTES

La imagen muestra 04 el diagrama de momento flector que se usará más adelante para

el diseño de la zapata y la obtención del acero de refuerzo. Asi también muestra el

cortante máximo a cada lado del pedestal.

Imagen 04Diagrama de Momento Flector

La imagen muestra que el momento máximo es de 16.42 tn-m y un cortante máximo de

8.9 tn.



VERIFICACION DE ZAPATA

Para determinar la cantidad de acero que requiere la zapata se procede a mostrar en la

imagen 05 el diseño automático que realiza el software y luego se realiza una

interpretación de la misma.

Imagen 05Diseño automático de la zapata

Del gráfico se obtiene que el acero requerido es 5.2 cm2 por cada cuadrado que forma

la zapata. Si utilizamos acero de refuerzo Ø3/4 en doble malla tendríamos 5.7cm2 con lo

que se satisface el requerimiento. Este refuerzo de acero ha sido tomado en la cara del

pedestal, si se procede de igual forma hacia el perímetro de la zapata la cantidad de

refuerzo decrece. Finalmente se recomienda como diseño de refuerzo de la zapata usar

Ø3/4 distanciados @ 0.25m en ambas direcciones y en doble malla.



B ASENTAMIENTOS

Los asentamientos obtenidos para la zapata se muestran en la imagen 06.

Imagen 06Asentamientos

El desplazamiento obtenido es de 0.04mm con este resultado realizamos la siguiente

operación:

≪

Reemplazando valores tenemos

3 × 0.04

10 ⁄= 0.01

≅ 0.1

Cumpliéndose

0.1 ≪ 7

Para realizar esta verificación se ha tomado el valor de la capacidad portante presentada

en el estudio de mecánica de suelos.

7 DISEÑO Luego de lo expuesto en el numeral seis (06) se evidencia que la sección propuesta para

la zapata aislada y el pedestal es la requerida para aportar la resistencia ante esfuerzo

y desplazamiento necesaria. Por ello se valida el desempeño de las secciones

siguientes:



Cuadro 05Propiedades de los Aceros

Elemento Sección MaterialZapata Aislada Cuadrada 6.0m x 6.0m Concreto f’c 210Kg/cm2

Pedestal Cuadrada 2.0m x 2.0m Concreto f’c 210Kg/cm2

8 CONCLUSIONES Se recomienda usar como refuerzo de la zapata barras de acero corrugado grado

60 con fy 4200kg/cm2 y diámetro Ø3/4 distanciados @ 0.25m en ambas

direcciones y en doble malla.

Los asentamientos máximos obtenidos están por debajo de los límites

permisibles, obteniéndose 0.04mm en la parte central de la zapata.

Se recomienda que el pedestal sea de sección transversal de 2.0 m x 2.0 m y una

altura de 0.60m con refuerzo de acuerdo al plano adjunto.

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