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Diseño estructural de ZapatasDiseño estructural de Zapatas

Bases ConceptualesBases Conceptuales

Las zapatas son fundaciones o cimentaciones superficiales o directas, que

deben garantizar, de forma permanente, la estabilidad de la estructura que soporta.

Estas fundaciones se apoyan en toda el área de la base sobre el terreno, en

estratos hasta aproximadamente 5 metros de profundidad, medido desde el nivel de

la superficie, donde exista la suficiente capacidad portante del suelo para soportar las

cargas a que está sometida.

Los distintos tipos de fundaciones directas que existen, la podemos clasificar en

función de:

S u f o r m a d e t ra b a j ar :

o Aisladas.

o Combinadas.

o Continuas o Corridas.

o Losas de fundación.

Su forma física:

o Cuadradas

o Rectangulares

o Circulares.

Las fundaciones aisladas. Resultan del ensanchamiento del extremo inferior de las

columnas o pedestales en el plano de apoyo sobre el suelo de manera de disminuir la

magnitud de las presiones de contacto con éste y asegurar la estabilidad de la

estructura.

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 se

produzcan asentamientos diferenciales.

La fundaciónes continúas. Son las que transmiten al suelo de fundación las cargas de

los muros de concreto, de las paredes de mampostería o de una fila de columnas

alineadas próximas entre si.

Las fundaciones combinadas. Son las que sirven de apoyo a dos columnas muy

cercanas, de tal manera de evitar la superposición de sus bases aisladas.

En este tipo de fundaciones la forma y dimensiones en planta deben adaptarse para

que la resultante de las cargas y momentos de las columnas coincida con el

baricentro de la base.

Las losas de fundación. Son las que reciben las cargas de un grupo de columnas y

muros. Son utilizadas cuando el área en planta de las bases aisladas sea de tal

magnitud que ocupen casi toda la superficie de terreno bajo la construcción.

En el proyecto de obras de edificación de cualquier tipo deberá contener,

expresamente, una exposición detallada de las características del terreno, a cuyos

efectos el Ingeniero que lo redacte podrá exigir al propietario un estudio de suelos.

Tipos de Zapatas

Criterios de DiseñoCriterios de Diseño

Para el diseño de una zapata suponemos que la fundación es totalmente rígida

y que por lo tanto ella no se deforma al transmitir las cargas al suelo. Esta

suposición nos lleva a considerar que el esquema de presiones que se transmite

sobre el suelo es uniforme sin importar el tipo de suelo sobre el cual se funda lo cual

no es del todo cierto. Se sabe que la forma de presiones depende del tipo de suelo

(ver figura) pero estas variaciones se pueden ignorar considerando que la

cuantificación numérica de ellas es incierta y porque su influencia en las fuerzas y

momentos de diseño de la zapata son mínimas:

 

Igualmente se deben satisfaccer las exigencias de resistencia y estabilidad para

cualquier combinación de cargas externas actuantes.

Para lo cual se distinguen dos aspectos bien diferenciados:

Análisis de la base. Corresponde a la determinación de su forma y dimensiones

en planta y dependen de varios factores:

o La magnitud de las cargas de servicio.

o La calidad del suelo de fundación (capacidad de carga y esfuerzos

admisibles).

o La profundidad del estrato donde se apoya.

o El espacio disponible en planta para su ubicación.

Diseño de la base. Se determinan su altura útil y el acero de refuerzo con su

respectiva distribución que se hacen en función de:

o La magnitud de las cargas mayoradas según las combinaciones

establecidas en la Norma 1753-2006 “Proyecto y Construcción de Obras

en Concreto Estructural” (basadas en la filosofía de diseño de los

Estados Límites).

o Reacción del suelo en función de las cargas mayoradas.

o Verificación del Esfuerzo de Corte último (mayorado).

o Verificación del Punzonado.

o Verifcación del Aplastamiento.

Bases aisladas cuadradasBases aisladas cuadradas

Las fundaciones de concreto armado se utilizan en todos los terrenos pues

aunque el concreto es un material pesado, presenta la ventaja de que en su cálculo se

obtienen, proporcionalmente, secciones relativamente pequeñas si les compara con

las obtenidas en los cimientos de las rocas.

La zapata aislada comúnmente se utiliza para soportar la carga concentrada

de una columna cuya función principal consiste en aumentar el área de apoyo en

ambas direcciones.

En general, su construcción se aconseja cuando la carga de la columna es

aproximadamente 75 % mas baja que la capacidad de carga admisible del suelo.

El calculo de estas zapatas se basa en los esfuerzos críticos a que se encuentran

sometidas, pero su diseño lo determina el esfuerzo cortante de penetración, la

compresion de la columna sobre la zapata, el esfuerzo de flexión producido por la

presión ascendente del suelo contra la propia zapata, los esfuerzos del concreto en el

interior de la zapata, así como el deslizamiento o falta de adherencia del acero con el

concreto.

Bases aisladas rectangularesBases aisladas rectangulares.

Las zapatas aisladas rectangulares son prácticamente iguales a las cuadradas,

ambas trabajan y se calculan en forma similar y se recomiendan en aquellos casos

donde los ejes entre columnas se encuentran limitados o demasiado juntos.

Por su forma rectangular presenta dos secciones críticas distintas para calcular por

flexión.

La elección de bases rectangulares obedece a la imposibilidad de diseñarlas

cuadradas, por razones de espacio.

Cuando la relación de los lados de la base se excede o es mayor a 2, deben

combinarse con otras fundaciones vecinas a manera de eliminar la excesiva flexión

que se produce en la dirección larga.