Zapata Aislada (CIMENTACIONES)

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ZAPATAS AISLADAS Definición Son elementos estructurales de concreto armado, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo Empleadas para pilares aislados y terrenos de buena calidad, cuando la excentricidad de la carga del pilar es pequeña o moderada. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación por eso es aconsejable poner una junta cada 30 mts aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. El uso de las zapatas aisladas como elemento de sustentación está limitado y se emplean cuando el terreno tiene, ya en su superficie, una resistencia media o alta en relación con las cargas, y es suficientemente homogéneo como para que no sean de temer asientos diferenciales. En el proyecto de obras de edificación de cualquier tipo deberá figurar, expresamente, una exposición detallada de las características del terreno.

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Predimensionado de una Zapata Aislada El dimensionamiento preliminar de la zapata se efectúa en base sólo a las cargas de gravedad: permanentes y sobrecarga, buscando que la presión admisible del suelo no sea sobrepasada. Para la determinación de las dimensiones del cimiento se consideran las cargas transmitidas por la columna, el peso de la zapata, el peso del suelo sobre ella y la sobrecarga del terreno. En lugar de considerar las tres últimas, se define el concepto de capacidad portante neta que es la capacidad del terreno reducida por efecto de la sobrecarga, el peso del suelo y el peso de la zapata. La capacidad portante neta es igual a:

En la figura 1 se muestra con mayor detalle cada término. Haciendo uso de esteparámetro, el dimensionamiento de la cimentación se efectúa sólo tomando en cuenta las cargas transmitidas por la columna, pues los otros efectos ya han sido considerados. De este modo, el área de la zapata es:

Figura 1. Parámetros empleados para la determinación de la capacidad portante neta del terreno

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Donde: A: Área de la cimentación. Conocida el área, se definen las dimensiones de la cimentación cuadrada, rectangular, circular, etc. y se verifica la presión en el terreno, haciendo uso de los criterios presentados en la sección 12.3. En esta etapa, se considera los momentos flectores transmitidos a través de la columna o muro. Se verifica sólo las cargas de gravedad. Si los esfuerzos son superiores a la capacidad del suelo, entonces es necesario incrementar las dimensiones del elemento. Alternativamente, se puede emplear zapatas excéntricas de modo que la resultante de la reacción coincida con el alineamiento de la columna y la reacción del suelo sea uniforme. Si las cargas externas incluyen efectos de sismo, se realiza una segunda comprobación. Bajo este tipo de cargas, que actúan por periodos breves de tiempo, la capacidad portante del suelo se incrementa. Por ello se considera, para esta verificación, que la capacidad neta del suelo es:

𝒒𝒔𝒏 = 𝟏. 𝟑𝒒𝒔 − 𝜸𝒕 𝒉𝒕 − 𝜸𝒄 𝒉𝒄 − 𝒔⁄𝒄

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Variedad de Zapatas Aisladas  Zapata centrada  Zapata de medianera  Zapata de esquina

Zapata centrada Cimentación de pilares interiores, construidos por dados de hormigón armado, por lo general de planta cuadrada y con su cara superior plana, piramidal o escalonada. Las zapatas se podrán unir entre sí mediante vigas de atado o soleras, que tendrán como objetivo principal evitar desplazamientos laterales. El hormigón de limpieza serán 10 cm. Los radios de doblado de las armaduras se determinarán según norma de hormigón. La armadura inferior o emparrillado debe distribuirse uniformemente en todo el ancho.

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ZAPATAS DE MEDIANERA Su función. Replanteo. Es aquella en que la excentricidad del pilar respecto a la zapata es total, es decir, la cara exterior del pilar y la de la zapata coinciden. En este tipo de zapatas conviene construirlas con su dimensión mayor paralela a la medianera, a fin de hacer lo más pequeña posible la excentricidad, siendo corriente una relación a/b aproximada a 2. Forma de trabajo Al igual que la zapata aislada centrada, trabaja como ménsula invertida. El diagrama de tensiones de la zapata medianera es triangular, produciéndose una excentricidad entre la carga que recae sobre la zapata y la reacción del terreno. Esta excentricidad produce un momento de vuelco en la zapata que tiende a volcarla hacia el exterior.

Soluciones para contrarrestar el volteo de una zapata medianera: Cuando se disponen pilares junto a lindes de propiedad aparece la necesidad de las “zapatas de medianería” cuya carga está concentrada prácticamente en el borde  Dimensionarla con carga excéntrica (a) o uniforme (b), transmitiendo una tracción al forjado superior.  Dimensionarla unida mediante tirantes a las próximas (c, d), de manera que equilibre la excentricidad.  Por medio de una viga centradora (e), compensando la excentricidad con zapatas cercanas.  Dimensionar una zapata retranqueada de la fachada con una viga en voladizo para recibir el pilar (f, g). El sistema de viga centradora es el de mayor interés:  No transmite momentos al pilar (casos a y b)  No requiere cantos importantes de zapata (como ocurre con los tirantes)

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ZAPATAS DE ESQUINA Las zapatas de esquina irán arriostradas mediante vigas de conexión, evitando asientos diferenciales Con bastante frecuencia se sitúan pilares en las esquinas de los fosos de ascensores, que deben tener como mínimo una profundidad de 1.10 m.Las zapatas junto al foso del ascensor quedará a la profundidad del foso más su canto, como se indica en la Figura. La zapata al quedar más profunda que las de la edificación presenta los inconvenientes siguientes: a) Precisa mayor excavación b) No se puede atar con las otras zapatas c) Puede quedar situada por debajo de nivel freático. d) Puede apoyar sobre estratos de terrenos de diferente resistencia, con la posibilidad de que se produzcan asientos diferenciales.

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Los problemas comentados se evitan colocando una zapata de esquina exterior como se indica en la Figura, que en realidad es una zapata centrada a la que le falta una cuarta parte.

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CLASIFICACIÓN DE ZAPATAS AISLADAS

Zapata Flexible:(hormigón armado) La zapata flexible, por sus dimensiones, está sometida tanto a esfuerzos de compresión como de tracción. La armadura reparte los esfuerzos de tracción producidos en la zona inferior de la zapata. Aunque la cantidad de armadura depende del terreno y de la carga que soporta el cimiento, suele oscilar entre 50 y 100 kg/m3. Las zapatas cuyo vuelo en la dirección principal de mayor vuelo, es mayor de 2h.

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VENTAJAS Y DIFERENCIA ENTRE ZAPATAS RÍGIDAS Y ZAPATAS FLEXIBLES Zapatas rígidas Las zapatas rígidas tienen una serie de ventajas sobre las flexibles desde el punto de Vista del proyectista: • El cálculo a flexión es más sencillo que el de las zapatas flexibles.

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Procesos constructivos de zapatas aisladas -Excavación y Hormigón de Limpieza

Después de efectuar el replanteo de la zapata, se inicia la excavación con una retroexcavadora con cuchara, en el caso de terreno de tránsito, o con martillo en caso de terreno rocoso o conglomerado, reservando el material acopiado para el posterior relleno o para su transporte a vertedero. De acuerdo al tipo de terreno y a la profundidad de excavación se disponen los taludes necesarios para garantizar su estabilidad. Al llegar al fondo de la excavación, la misma se nivela y se comprueba si el terreno, considerando las condiciones de tensión admisible del proyecto, es el previsto para efectuar la cimentación. Antes de verter el hormigón de limpieza, se limpiará el fondo de la excavación quitando cualquier material suelto hasta obtener una plataforma horizontal En caso de que sea necesario, se coloca seguidamente el encofrado lateral, comprobando las dimensiones y pendientes. Luego se coloca el hormigón de limpieza para nivelar el fondo de la excavación y para preparar la colocación de la armadura. Al hormigonar, debe cuidarse que no se produzcan desplazamientos de los encofrados o de las armaduras y tratando que no se formen juntas. RECOMENDACIONES  Las tareas de excavación del fondo y laterales se efectúan inmediatamente antes del vertido del hormigón de limpieza, para impedir así que el terreno de cimentación sufra cualquier deterioro. Se procura mantener abierta la excavación el menor tiempo que sea posible.  En el caso en que al excavar las zapatas se comprueba que el cimiento no es el adecuado, se efectuará nuevamente el cálculo de los mismos.  El fondo de la excavación debe tener planeidad y homogeneidad suficiente para evitar los asientos diferenciales.  Debe cuidarse la excavación controlando que no se vierta hormigón en exceso.

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FALLAS CARACTERÍSTICAS DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES (ZAPATAS AISLADAS)

1.- Falla por corte general. 2.- Falla por punzonamiento. 3.- Falla por corte local.

1.- Falla por corte general. La falla por corte general se caracteriza por la presencia de una superficie de Deslizamiento continuo dentro del terreno, que se inicia al borde de la} cimentación y que avanza hasta la superficie del terreno. Este tipo de falla es característico de las arenas compactas, cuando el cimiento esta desplantado a poca profundidad; es decir, cuando los niveles de esfuerzo aplicados son bajos.

2.- Falla por punzonamiento. La falla por punzonamiento se caracteriza por un movimiento vertical de la cimentación mediante la compresión del suelo inmediatamente debajo de ella. La rotura se presenta por corte alrededor de la cimentación y casi no se observan movimientos de este junto a la cimentación, manteniéndose el equilibrio horizontal y vertical en la cimentación.

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3.- Falla por corte local La falla por corte local es un caso intermedio entre los dos casos anteriores. Esta falla se caracteriza por un mecanismo que solo se define con claridad bajo la cimentación y que consiste en una cuña y superficies de deslizamiento, que empiezan en los bordes de la zapata pero que se pierden sin llegar a desarrollarse. En este tipo de falla existe una marcada tendencia al abultamiento del terreno a los lados el cimiento, pero es menor que en una falla general; también se define claramente un asentamiento aunque menor que en la falla por punzonamiento.

Falla por punzonamiento

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DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS POR PRESIÓN ADMISIBLE ZAPATAS AISLADAS Son elementos estructurales de concreto armado, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo. 2. Su diseño es la base para otro tipo de cimentaciones. 3. Se trata de calcular el tamaño del concreto y el acero de la zapata. 4. Se necesita contar con la carga axial y la resistencia admisible del terreno (qadm).

ELEMENTOS BÁSICOS: A, B = Dimensiones en planta de la zapata s,t = Dimensiones en planta de la columna m = Longitud del volado de la zapata H = peralte de la zapata P = carga axial actuante qadm = capacidad de carga admisible del suelo Ld = longitud de anclaje por compresión (o tracción) del acero de columna g = Peso específico promedio del relleno Df = profundidad de cimentación s/c piso = sobrecarga de piso = 500 kg/m2 5. Hay que encontrar el esfuerzo neto (qn): qn = qadm - g * Df - s/c piso 6. Hay que calcular el peso total Pt que llega al suelo, incluyendo el peso propio de zapata: Vamos a encontrar la proporción n, entre el peso de zapata Pz y la carga de servicio P, como función del esfuerzo neto: De n = Pz / P, P + Pz = q neto x A, y

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Se suele usar: Pt = P + (0.10 a 0.20) P 1. Determinamos el área de zapata requerida: Azap = (Pt)/q neto 2. Como se busca que en ambos sentidos la zapata tenga el mismo volado: (s + 2m)(t + 2m ) = Azap Resolviendo la ecuación se obtiene m aproximadamente: m = (√Azap / 2) - (s + t)/4 3. Luego las dimensiones de A y B son: A = 2m + t B = 2m + s A = √(Azap) – (s-t)/2 B = √(Azap) + (s-t)/2 4. Luego dimensionamos la elevación H: H se calcula cuando se determine el peralte efectivo "d", mediante la verificación por: -Longitud de desarrollo -Cortante por punzonamiento -cortante por flexión

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CONCLUSIONES

Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario conocer las Propiedades y características de cada uno de los suelos encontrados. Así como su granulometría, plasticidad, ángulo de fricción interna del suelo, cohesión, peso específico y otros Se establecieron de una manera específica los tipos de cimentaciones más comunes como superficiales a utilizar se reconoció las distintas formas que se utiliza una zapata aislada el cimiento corrido por su parte se clasifico por su composición y ubicación demostrando así que existe múltiples clasificaciones.