DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES (ZAPATAS AISLADAS).

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Las fundaciones superficiales se apoyan en un área específica del terreno, la profundidad de este tipo de soportes no supera los 5 metros de profundidad de esto deriva su nombre, el suelo donde es construido debe ser capaz de soportar las cargas impuestas por la estructura, y requiere de una buena distribución para no producir asentamientos. Las cimentaciones son elaboradas en concreto armado, aunque en algunos casos se realizan con concreto ciclópeo. Cuando se habla de fundaciones aisladas se aumenta las dimensiones del extremo inferior de la columna que va directo con la base, esta columna corta de mayor dimensión se denomina pedestal.

            En la construcción de estos miembros estructurales como están en contacto directo con el suelo es recomendable que se elabore una capa primaria de concreto pobre de unos 10 cm de espesor o para menor costo una superficie aislante de piedra picada, este proceso se realiza antes de vaciar el concreto para la zapata, se ganrantiza el buen funcionamiento de la infraestructura respetando un recubrimiento de 7.5 cm para  la proteger el acero de refuerzo. El concreto debe ser de buena resistencia no menor de 210kg/cm2, para  el soporte de la edificación.

Análisis de la base para cimentaciones aisladas. Determinación de su forma y dimisiones de la base.

Diseño de la base para cimentaciones aisladas. Se define la altura útil, la cantidad y forma de la distribución del acero de la armadura resistente.

Factores que determinan la forma y dimensión de la planta base.

• La magnitud de las cargas que debe soportar la planta base.
• La calidad del suelo de fundación y su capacidad de esfuerzos admisibles.
• La profundidad del estrato en el cual se apoya la base.
• El espacio que está disponible para la ubicación de la planta.

En el diseño para el dimensionamiento de las bases se requiere la magnitud de las cargas de servicio y esfuerzos admisibles del suelo, por cargar de servicio exige la combinación y mayoracion, en el suelo se realiza la minoración de la resistencia para aumentar la capacidad de las secciones de concreto armado. Las fuerzas que se aplican a las fundaciones son las generadas por el peso gravitacional de la superestructura transmitida por corriente mecánica en las columnas, en él se considera el peso propio de la columna, las cargas transmitidas por las vigas de arriostramiento, las losas de sótano, así como el peso del suelo que cubre la planta base.

            En un análisis completo se consideran las cargas accionadas por el viento y las símicas, sumándolas a las anteriores, en la combinación de cargas estas no se suman de forma simultánea. Para las zonas sísmicas se permite aumentar los esfuerzos admisibles a más de un 33% para el suelo de cimentación. En el análisis de cargas se debe analizar cada una por separado según las cargas que sea de forma directa o las aplicadas indirectamente, seleccionado la más desfavorable.

            Considerando la combinación de carga más desfavorable, excluyendo el sismo, se debe verificar que no supere el suelo de fundación el valor del esfuerzo admisible.

            Considerando la combinación de carga más desfavorable, incluyendo el sismo se verifica que no superé el valor de esfuerzo admisible del suelo incrementado a un 33%.

Los momentos flectores que se generan en el pie de la columna o pedestales son resistidos por las fundaciones basándonos en estos dos criterios.

• Colocando vigas de riostra conectando las diferentes bases de las fundaciones de la edificación.
• Considerando la carga axial transmitida por la columna de forma paralela por efecto del momento resistente, de manera que sea centrado en la base.

Estos criterios son a elección del ingeniero proyectista, aunque el primer criterio es el de mayor coherencia para la resolución de esta problemática, debido a que el enlazamiento de los pies de las columnas permite que el nivel de trabajo de las fundaciones se considere un sistema arriostrado que proporciona más estabilidad.

Las dimisiones y forma de la base son determinados, se prosigue a realizar el diseño para cargas mayoradas, dependiendo de la combinación más desfavorable. Las cargas mayoradas corresponden a una reacción ficticia del suelo, es decir, este valor es una herramienta para el diseño, permitiendo calcular la magnitud de los momentos flectores y fuerzas cortantes mayoradas en las bases, para conocer la altura útil y el área de acero necesaria de la armadura.

Las cimentaciones de concreto armado del tipo aislado se caracterizan por ser de forma cuadrada o rectangular, compuestas por una placa o losa armada diseñada en dos direcciones ortogonales, apoyadas directamente en el suelo, conocidas como zapatas. En el diseño de estos elementos se cumple el siguiente procedimiento.

1. Conocer las cargas de servicios totales que actúan sobre cada base y la combinación más desfavorable de las cargas previamente mayoradas.
2. Tener el perfil del suelo, con ello los esfuerzos admisibles en los diferentes estratos de suelo y su profundidad, también obtener las magnitudes probables de asentamiento que puede producir en el suelo bajo las cargas de la superestructura.
3. Elegir la profundidad de apoyo de las bases de modo que permita una armoniosa distribución en la planta base.
4. Establecer la forma y tamaño de cada base en función de los procesos descritos anteriormente.
5. Diseñar las bases bajo el criterio de las cargas mayoradas y según localidad de los materiales, respetando los espesores mínimos, la cuantías de acero recomendables y las longitudes de desarrollo demandadas.

De esta forma la altura útil d debe cumplir esta condición.

La base tiene que resistir el corte simple, y se verifica el punzonado que es el efecto punzante de la columna o pedestal sobre la zapata en el área del perímetro critico boa una distancia d/2 alrededor del área cargada.

El esfuerzo por punzonado es.

Para los que son transmitidos únicamente al concreto.

La altura mínima por punzonado.

Este método para el cálculo de la altura d por medio de una fuerza de punzonado Vu es iterativo y suele ser un proceso lento para simplificarlo se puede calcular también la altura útil por flexión.

Calculo de la carga máxima que soporta el pedestal en la sección transversal.

Carga máxima que soporta la base o zapata.

Área A1 = b², A2 =B²

El acero de la zapata es calculado por flexion.

DISEÑO DE BASES RECTANGULARES PARA FUNDACIONES AISLADAS.

El diseño de las bases rectangulares con cargas centradas el diseño es similar a las de las bases cuadradas pero se debe cumplir la relación entre sus lado.

Estos diseños se emplean cuando es imposible diseñar una zapata cuadrada por razones de espacio, las bases se combinan con las otras para eliminar la flexión excesiva que se produce en la dirección más larga, al igual que las base cuadradas el área requerida es definida por la magnitud de la carga.

Los momentos flectores en los ejes a-a y b-b son los siguientes.

Por ende se obtiene una altura útil para cada lado crítico de momentos.

La que sea mayor de estas dos alturas útiles es la que se va a considerar con d y corresponde el valor mínimo de la altura de diseño de la zapata, esta altura considerada por la flexión debe ser aumentada para verificar los esfuerzos admisibles por corte y punzonado.

Debido a que son dos planos 1-1 y 2-2 las fuerzas mayordas del corte es.

En todo caso se debe cumplir.

El análisis del punzonado se realiza de igual forma que en el de bases cuadradas, en la distribución de acero de refuerzo, se debe calcular en base del mayor momento para la base rectangular se coloca horizontalmente paralelo al lado mayor de la base, se conoce como As1 = Asx y se distribuye uniformemente en el lado By extendido de forma longitudinal en el lado Bx.

El acero paralelo a la dirección corta debe cumplir las condiciones dadas en la ecuación siguiente, concentrado en la franja con respecto a la columna de ancho igual al lado menor de la base área de acero A2.

Asy, es el área total de acero del lado más corto que resisten los momentos flectores con respecto al eje b-b, a ambos lados de la columna el área de acero de la diferencia.

El acero se distribuye simétricamente en ambos lados de la franja entrada, también de manera uniforme, por razones constructivas se debe limitar una altura de la zapata, sin colocar armadura adicional al corte se pueden buscar soluciones una de ellas es colocar nervios diagonales conectados al pie del pedestal y enmarcar el perímetro.