MARCO TEÓRICO 1. ZAPATAS CONECTADAS
1.1. DEFINICIÓN. La zapata conectada está compuesta por una zapata excéntrica y una zapata interior unida por una viga de conexión rígida, que permite controlar la rotación de la zapata excéntrica correspondiente a la columna perimetral. Se considera una solución económica, especialmente para distancias entre ejes de columnas mayores de 6m. Usualmente es más económica que la zapata combinada. Son aquellas zapatas que están conectadas por una viga de cimentación. Se utilizan generalmente cuando el terreno es de baja capacidad portante o cuando se quiere aliviar las presiones de la zapata al terreno Un caso frecuente de uso de zapatas combinadas son las zapatas de medianería o zapatas de lindero, que por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Por su propia forma f orma estas zapatas requieren para un correcto equilibrio una viga centradora. Dicha viga centradora junto con otras dos zapatas, constituye un caso de zapatas combinadas.
1.2 COMPONENTES DE LA ZAPATA CONECTADA
VIGA DE CONEXIÓN
Debe analizarse como una viga articulada a las columnas exterior e interior, que soporta la reacción neta del terreno en la zapata exterior y su peso propio.
ZAPATA INTERIOR
Se diseña como una zapata aislada, puede considerarse la reacción de la viga de conexión, en el diseño de cortante por punzonamiento se considera la influencia de la viga de conexión en la determinación de la zona critica. 1.3 USOS DE LA ZAPATA CONECTADA:
Es utilizada cuando la columna está ubicada en el límite de propiedad y el uso de zapatas excéntricas sometidas a presiones elevadas, debido a la distribución triangular que se produce al considerar la excentricidad de la carga actuante.
Fuente: INFOR ME DE ZAPATAS CONECTADA S DE LA UNIVE R SIDA D CÁTOLICA LOS ÁNGE LES DE CHIMB OTE 1.4 TIPOS DE ZAPATAS CONECTADAS
Cada una de las bases analizadas, se calcula independientemente como si fueran bases aisladas centradas, soportando la misma reacción uniforme del suelo. En conveniente que el lado
1 de la zapata excéntrica no sea muy grande, para
disminuir la magnitud del momento volcador, al crecer la distancia entre la carga
1 y la reacción 1. Siempre que sea posible, se debe diseñar la zapata interior
como centrada cuadrada. La viga rígida o viga de cimentación es siempre solidaria con la columna y la zapata excéntrica y en el ancho 1 trabaja como viga T donde las alas corresponden a la placa de la zapata, solicitada por la reacción del suelo. En el extremo opuesto, en
la conexión con la columna centrada, la viga de cimentación puede ser o no solidaria con la zapata centrada. El dimensionamiento, es el equivalente a dos zapatas aisladas; tenemos las siguientes particularidades : a) La zapata excéntrica, se dimensionara con:
M1 y M2 son positivos si son horarios
b) La zapata interior se dimensionara con:
c) La zapata excéntrica es conveniente dimensionarla con volados diferentes de manera que el volado transversal a la viga sea mayor para dimensionar la excentricidad de la (viga) zapata. d) Se recomienda que la viga tenga el ancho de la columna como mínimo y un gran peralte para conseguir mayor rigidez.
L= Espaciamiento entre columnas exterior e interior a ejes de cargas. 1
= Carga total de servicio de la columna sobre la zapata excéntrica.
−
Fuente:UNIVER SIDAD P RIVADA ANTENOR ORR EG O (TES IS LÍNEA DE INVES TIGA CIÓN: E STRUCTUR AS )
1.5 PROCESO CONSTRUCTIVO
CONTROL DE CALIDAD PARA EL PROCESO CONSTRUCTIVO.
A fin de poder efectuar un control sobre la ejecución de la zapata, deberá considerarse lo Siguiente:
Comprobar las dimensiones de la zapata.
Verificar el fondo de la excavación.
Verificar las cotas de hormigón de limpieza.
Comprobar el tipo y calidad del hormigón.
Comprobar probetas de hormigón.
Curado y trazabilidad del hormigón.
PROCESO CONSTRUCTIVO PARA UNA ZAPATA
1RA ETAPA: LIMPIEZA DEL TERRENO
Son los trabajos que se ejecutan para la eliminación de basura o elementos existentes (maleza, arbustos de fácil extracción) en toda el área del terreno. NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
2DA ETAPA: NIVELACIÓN Y PERFILADO DEL TERRENO
Se fija los niveles o cotas de los pisos terminados de todas las superficies que tengan relación con la planta baja. NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
3RA ETAPA: TRAZO Y REPLANTEO
Un trazo es trasladar al terreno los ejes y niveles establecidos en los planos de cimentación, se utiliza la regla 3-4-5 para quedar lados perpendiculares. Se traza todo lo referente a excavaciones (zapatas). Replanteo se refiere a la ubicación y medidas de todos los elementos que se detallan en los planos. NORMA E060 – Cap. 15 NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
4TA ETAPA: EXCAVACIONES
Por su condición se ejecutara de preferencia con la utilización de mano de obra y/o equipos. El volumen de excavación se obtiene multiplicando largo por ancho por la altura de la excavación (desde el nivel de fondo de cimentación del elemento, hasta el nivel del terreno). NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
5TA ETAPA: PERFILADO DE EXCAVACIONES EN LA ZAPATA
Una vez realizado la excavación simple manual o con equipo, se controlara las dimensiones y los niveles de excavación. Una vez obtenido el nivel de fondo de excavación, se procederá a poner un solado.
6TA ETAPA: SOBRE EXCAVACIONES
En ocasiones al momento de realizar la excavación no se calcula bien el nivel de fondo de excavación NFEX. Entonces lo que se recomienda es nivelar con el solado dicha imperfección.
7MA ETAPA: VACIADO SOLADO
Se vierte una capa de concreto simple de escaso espesor y f’c=100kg/cm2 que se coloca en el fondo de la excavación (indicado en los planos), proporciona una base para el trazado de los elementos estructurales superiores y la colocación de su respectiva armadura. NORMA E060-Cap.5
8VA ETAPA: TRAZO DE LA ZAPATA CONTROLANDO LOS RECUBRIMIENTOS
Para este elemento estructural (zapata), se utilizara un recubrimiento a cada lado y en la base de la parrilla metálica. Se respetaran las dimensiones presentadas en el plano. NORMA E060 – Cap. 7
9NA ETAPA: PREPARACIÓN DADOS DE CONCRETO
Un método constructivo para dar un adecuando nivel de apoyo a la parrilla metálica y el solado, son los dados de concreto con f’c kg/cm2 similar al que se va ciará la
zapata. NORMA E060 – Cap. 510
10MA ETAPA: COLOCACIÓN DEL ACERO
Colocamos el acero con el espaciamiento y diámetro indicado en los planos, asegurando la resistencia fy=4200 kg/cm2, la varilla debe tener un doblez en los extremos para garantizar la adherencia y anclaje. NORMA E060- Cap.7
11VA ETAPA: FIJAMOS LA ESTRUCTURA PRINCIPAL
Fijamos la estructura principal (columnas, placas, etc.) en la parrilla de la zapata, con su anclaje respectivo. Esta estructura será diseñada de acuerdo a los planos. NORMA E060 – Cap. 7
12VA ETAPA: VACIADO DEL CONCRETO
Dosificación, mezclado, colocación, consolidación y curado del Concreto (f´c kg/cm2 de la zapata) NORMA E 060 – Cap. 8 y se vierte a la altura H (peralte). NORMA E 050 – Cap. 15 Ensayos de laboratorio para el Concreto: por trabajabilidad (Cono de Abrams) y por resistencia (Probetas).
13VA ETAPA RELLENO
Determinaremos el volumen de relleno con las dimensiones de la zapata, considerando si utilizaremos material propio o material de préstamo (si presenta residuos sólidos y orgánicos), finalmente en la etapa de la colocación compactaremos con equipo manual o mecánico (15cm x capa). Ensayo de validación es el Cono de arena. NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
14VA ETAPA: ELIMINACIÓN MATERIAL EXCEDENTE
De acuerdo a los volúmenes de material excedente definiremos si utilizaremos mano de obra o maquinaria, se analizara con los presupuestos por partida definidos. NTP METRADOS EDIFICACIONES Y HABILITACIONES URBANAS
Fuente:ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/g eanrilo/doc
MAYORACION DE CARGAS
Las combinaciones de carga se mayoran según el reglamento a usar: Reglamento Nacional de Edificaciones (2005) Pu= 1.5 *CM + 1.8 CS Pu= 1.25*(CM+CV+/-CS) Reglamentos del ACI, Normas 318-71, 77, 83, 89, 95, 99 Pu = 1.4 * D + 1.7 * L Pu = 0.75*(1.4 * D + 1.7 * L + 1.87 * EQ) Reglamentos del ACI, Normas: 318-02, 318-05, 318-08: Pu = 1.2* D + 1. 6* LPu = 1.2 * D + 1.0* L + 1.4 * E Se mayoran las cargas (P1u y Pu2), y se calculan la reacción (Ru1) y esfuerzo último del suelo (qu1). Se obtendrá un diagrama similar al del modelo mostrado, pero con las cargas mayoradas. EL MODELO ESTRUCTURAL
Un modelo estructural simple, de zapatas conectadas, se muestra en la Figura, donde P1 y P2 son las cargas actuantes, R1 y R2, son las reacciones del suelo, s1 es el ancho de columna, L es la separación entre cargas, y x es la distancia al punto de momento máximo.
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA CONECTADA
El dimensionamiento de las zapatas conectadas es equivalente al de dos zapatas aisladas, que tienen las siguientes particularidades.
La zapata excéntrica se dimensionará con voladizos diferentes de manera que en la dirección de la viga su dimensión sea menor que en la dirección transversal, para disminuir la excentricidad.
Es recomendable que la viga tenga un ancho igual o mayor al ancho de la columna y un peralte que le permita tener buena rigidez.
El fondo de la viga debe estar a 10 o 20 cm. por encima del fondo de la zapata con la finalidad de que no tome presiones del terreno.
El diseño se realiza en forma similar al de zapatas aisladas y la viga de conexión similar a una viga simple sometida a esfuerzos de flexión y cortante.
Fuente: INFOR ME DE ZAP ATAS CONEC TADAS DE LA UNIVER SIDA D CÁTOLICA LOS ÁNGE LES DE CHIMB OTE
DIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA EN CONEXIÓN
Las dos zapatas se dimensionan de manera que, bajo las cargas de servicio, las presiones en cada una de ellas sea uniformes e iguales entre sí. El momento de flexión, debido a que la carga de la columna y la resultante de las presiones del terreno no coinciden, es resistido por la viga de conexión. La viga de conexión debe ser muy rígida para que sea compatible con el modelo estructural supuesto. La única complicación es la interacción entre el suelo y el fondo de la viga. Algunos autores recomiendan que la viga no se apoye en el terreno, o que se apoye debajo de ella de manera que solo resista su peso propio. Si se usa un ancho pequeño de 30 cm 0 40 cm, este problema es de poca importancia en el análisis.
DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA EXTERIOR
La zapata exterior transfiere su carga a la viga de conexión, actuando la zapata como una losa en voladizo a ambos lados de la viga de conexión. Se recomienda dimensionarla en planta considerando una dimensión transversal iguala 2 0 2.5 veces la dimensión en la dirección de la excentricidad. ‘
Fuente: INFORME DE “DISEÑO DE ZAPATAS CONECTADAS Y AISLADAS”
UNIVER SIDAD CE SA R VALLE J O - CHIMB OTE
DISEÑO DE ZAPATAS EXTERIOR:
La zapata exterior transfiere su carga a la viga de conexión, actuando la zapata como una losa en voladizo e ambos lados de la viga de conexión. Se recomienda dimensionarla en planta considerando una dimensión transversal igual a 1.5 a 2.0 veces la dimensión en la dirección de la excentricidad.
DISEÑO EN PLANTA (SERVICIO):
DISEÑO EN ALTURA (ROTURA): Por longitud de desarrollo:
Por Punzonamiento:
Por Tracción Diagonal:
DISEÑO DE ZAPATA INTERIOR:
Se diseña como una zapata aislada. Puede considerarse la reacción de la viga de conexión. En el diseño de cortante por punzonamiento se considera la influencia de la viga de conexión en la determinación de la zona crítica.
DEFINICIONES: CAPACIDAD DE CARGA LIMITE (q d):Máxima presión que se puede aplicar a la cimentación, sin que ésta penetre en el suelo.
CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (q adm): Es la carga límite qd dividida entre un factor de seguridad FS . qadm = q d/FS. A este esfuerzo se le llama capacidad portante. El Dr. Terzaghi recomienda que FS no sea menor que 3. La capacidad de carga admisible se obtiene con el ensayo de penetración estándar (SPT), o con el ensayo de corte directo.
ESFUERZO NETO (q neto): Es el esfuerzo útil, que queda para la superestructura, después de quitarle el esfuerzo que va a utilizar el peso del relleno del suelo y la sobrecarga de piso: Qneto = qadm – γ * Df - sobrecarga de piso Donde: γ = peso específico del relleno. Df = Profundidad de cimentación. Sobrecarga de piso = 500 kg/m2.
PRESION DE CONTACTO (qc):Es producida por las cargas de la superestructura, y actúa debajo de la zapata, en el encuentro zapata-suelo. En el diseño de cimentaciones, se busca que qc sea menor o igual a qneto.
Fuente: Informe de la univers idad del señor de s ipán
ASENTAMIENTO
CONCLUSIONES
se concluye que las zapatas conectadas se caracterizan de estar conectadas a otras zapatas mediante una viga de conexión la cual permite distribuir las cargas de manera uniforme por toda la viga
se concluye que los momentos flectores de una zapata es dependiente de las cargas asignadas, ya sea por carga muerta o viva
se concluye que las zapatas deben ser diseñadas con un factor de seguridad para prevenir posibles fallos estructurales del edificio en cuestión