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Zapata ConettDescripción completa
Descripción completa
ZAPATA CONECTADA
ESTE TIPO DE ZAPATA SE UTILIZA CUANDO:
Cuando una columna está situada en un límite de propiedad y su zapata aislada seria excéntrica con respecto a la carga P generándose un momento adicional a la carga P.
Una solución es diseñando una zapata combinada pero si la distancia entre la columna exterior y la columna interior es grande resultaría la zapata combinada larga y costosa.
La otra solución es unir la zapata exterior excéntrica con la zapata interior mediante una viga rígida llamándole a este tipo de zapata, zapata conectada.
Para que la viga de conexión sea rígida debe tener peralte o altura lo suficientemente grande.
Hipótesis:
La viga que conecta la zapata exterior con la zapata interior toma el momento generado por la "excentricidad" de la carga vertical que soporta la zapata exterior.
La zapata exterior debe transmitir al suelo una presión uniforme producida por la resultante de las cargas actuantes sobre esa zapata.
La zapata interior se predimensiona como zapata aislada simétrica
El sistema formado por ambas zapatas y la viga de conexión forman un sistema en equilibrio.
MODELADO: Caso cargas transmitidas por las columnas sin momentos
R1 y R2 son las resultantes
R1 y R2 se ubican en los centroides de las zapatas para que la distribución de esfuerzos del terreno sobre la zapata sea uniforme.
Tomando momentos con respecto a P2 se tiene:
P1(e+m)=R1(m)
R1=P1e+P1mm
R1=P1+P1em
Por la sumatoria ΣFy=0 se tiene: R1+R2=P1+P2, reemplazando R1:
P1+P1em+R2=P1+P2 R2=P2-P1em
Nota: Según el modelado anterior se tiene:
No se ha considerado el peso de la viga.
La presión del terreno sobre las zapatas se ha considerado como una resultante concentrada en el centroide de cada zapata(con respecto a su base)
Se considera que la viga de conexión está articulada en el eje centroidal de la zapata interior, y apoyada en el eje centroidal de la zapata exterior.
Se considera que la viga es muy rígida de tal manera que absorbe el momento que genera la excentricidad de la columna exterior.
Para el diseño de la viga de conexión se obtendría un diagrama de fuerza cortante y momento flector simplificados considerando las cargas mayoradas.
La columna exterior (C1) es la columna exterior que se excéntrica respecto a la zapata exterior; la columna interior (C2) se apoya sobre una zapata aislada simetrica.
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
PREDIMENSIONAMIENTO DE LAS ZAPATAS Y VIGAS DE CONEXIÓN
Zapata exterior:
Area1=PD1+PL1+PPzapσt
Se debe considerar como peso propio de la zapata del 5% al 10% de la carga que transmite la columna.
Si consideramos: B1=1.5*A1
Se tiene que:
A1(1.5A1)=PD1+PL1+PPzapσt
Se determina A1 y B1
El valor de e seria e=A12-C12
Zapata interior
Area2=PD2+PL2+PPzapσt
Si consideramos zapata cuadrada debe ser: A2=B2
Viga de conexión
El ancho de la viga se puede considerar igual al ancho de la columna, si el caso que se presenta diferentes anchos de la columna se debe considerar como ancho de la viga el menor de los anchos.
La altura de la viga conectada debe variar de h=1.5b a 2b para tener una buena rigidez y pueda absorber el momento que se genera en la zapata exterior asimétrica.
VERIFICACIÓN DE LAS PRESIONES SOBRE EL TERRENO
Se debe calcular
R1=P1+P1*em R2=P2-P1*em
Que correspondería a los resultantes de los esfuerzos que actúan en cada zapata
Para la primera zapata σ1serv=R1+P.p.z1 A1*B1 , debe ser σ1serv < σt
Si no cumple aumentar el tamaño de B
Para la segunda zapata σ2serv=R2+P.p.z2 A2*B2 , debe ser σ2serv < σt
Si no cumple, se debe rediseñar la zapata interior
AMPLIFICACIÓN DE CARGAS
Para amplificar las cargas se puede utilizar un factor de amplificación Fa:
Fa=1.4*PD+1.7*PLPD+PL Para cada zapata
Para la primera zapata se tendría:
σu1=Fa1*(1.4*PD+1.7*PL)A1*B1
Para la segunda zapata se tendría:
σu2=Fa2*(1.4*PD+1.7*PL)A2*B2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Solo corresponde para la viga de conexión
La viga de conexión debe de estar aproximadamente a 10 cm encima del fondo de la zapata, para que no se asiente sobre el terreno, debajo de la viga el terreno debe de estar suelto.
VERIFICACIÓN A LA FUERZA DE CORTE POR FLEXIÓN
Zapata exterior: la fuerza de corte se debe de calcular a la distancia d de las columnas
Para el sentido corto de la columna
Vu1=m1*B*σu1
VN1=Vu10.85
Debe ser VN1=
Para el sentido largo se calcula
Vu'1=m'1*A*σu1
VN2=Vu20.85
Debe ser VN2=
Siendo:
VCN1=0.53f'c*B*d
VCN2=0.53f'c*A*d
Si falla la zapata al corte se debe aumentar d.
Zapata interior
Se analiza como zapata aislada cuadrada
Para esta zapata la presión del terreno es Vu2
Si falla la zapata se debe rediseñar, manteniendo en su posición el centro de gravedad de la zapata.
VERIFICACIÓN A LA FUERZA DE CORTE POR PUNZONAMIENTO
Zapata exterior
La fuerza de corte por punzonamiento que incide la presión del terreno sobre la zapata es el área sombreada por consiguiente :
Vup1=σu1*(A*B1-C1+d/2*C'1+d)
Vnp1=Vup10.85
La fuerza cortante resistente del concreto por punzonamiento es:
Vcp=0.27*(2+4β)*f'c*P0*d
Donde:
β=lado mayor de la columnalado menor de la columna
P0=2*c1+d2+(c'1+d)
Debe ser VNp1=
Zapata interior
Se analiza la verificación con el mismo procedimiento que una zapata aislada.
DISEÑO DE LOS REFUERZO POR FLEXIÓN DE LAS ZAPATAS
Se diseña ambas zapatas como aisladas simétricas, por considerar que la resultante de la presión del terreno esta en el centro de gravedad (c.g.) de la zapatas.
Zapata exterior
por ser rectangular se diseña para el sentido corto y para el sentido largo.
Zapata interior
Por ser cuadrado se diseña en un solo sentido.
Se debe verificar para las dos zapatas el ASmin.
DISEÑO DE LA VIGA DE CONEXIÓN
Verificación a la fuerza de corte.
Según el análisis estructural se tiene que; Vu=PUem
VN=Vu0.85
Ese valor de fuerza se considera en razón de que la zona donde actúa Pu la viga está dentro de la zapata exterior y la fuerza de corte a lo largo de la viga es de Pue/m
El concreto resiste
VN=0.53f'c*b*d
Debe ser VN VCN
En caso de falla se calcula el refuerzo y el espaciamiento necesario
Se debe considerar siempre el refuerzo transversal (estribos) con una separación máxima de s=30cm, esto es para que sirva como elementos de sucesión para refuerzo longitudinal de la viga de conexión
Diseño para momentos de flexión
Según el análisis estructural se tiene: MU=PU1e que sería el momento máximo
Que actúa sobre la viga y se obtiene As.
Se debe considerar el: Asmín=0.003*b*d, este refuerzo se colocaría en la parte superior
En la parte inferior se debe colocar un Asmín=0.8(0.0033)*b*d, Asmín=0.0026*b*d
b=debe coincidir con el ancho de la columna (si hay 2 dif. Tomamos el menor)
Pero no menor a (Asmín)inf=1/3(Asmín)sup
Nota: Para el caso de viga por tener una altura considerable respecto a su base se debe colocar refuerzo intermedio en los lados de la viga espaciado a un máximo de 30cm como refuerzo longitudinal por temperatura utilizados 1/2"
DETALLADO
Para las zapatas: lo correspondiente a las zapatas aisladas para la zapata exterior y la zapata interior.
Para la viga en conexión: