1. ANÁLISIS SUGERIDO Y PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA ZAPATAS COMBINADAS Y LOSAS DE CIMENTACIÓN. Ensayo

2. FACTORES Y PROCEDIMIENTOS PARA DISEÑAR ZAPATAS COMBINADAS Y LOSAS DE CIMENTACIÓN. Introducción En este ensayo se hablara de los factores a considerar con lo que respecta a la interacción de la estructura del suelo, como se distribuye la presión del suelo por debajo de la zapata, al diseño de cimentaciones someras de poca profundidad y algunos aspectos estructurales de diseño.

3. Desarrollo

4. Interacción de la estructura del suelo Factores que se han de considerar Tipo de suelo por debajo de la zapata. Cualquier método para analizar una zapata combinada debe estar basado en una determinación de las características físicas del suelo localizado por debajo de la zapata. Tamaño de las zapatas. El efecto del tamaño de las zapatas en la magnitud y distribución de la presión de contacto variara con el tipo de suelo. Forma de la zapata. Este factor también afecta la relación del perímetro con el área. Excentricidad de la carga. El análisis debe incluir la consideración de la variación de las presiones de contacto derivada de las condiciones de cargas excéntricas. Rigidez de la zapata. La rigidez de la zapata puede influir en las deformaciones que pueden ocurrir en la superficie de contacto, y eso afectara la variación de las presiones de contacto. Rigidez de la superestructura. Este factor tiende a restringir la respuesta libre de la zapata a la deformación del suelo Modulo de reacción de la subrasante. Para pequeños cimientos [B menor de 5 pies (1.5 m)].

5. Distribución de las reacciones del suelo Distribución lineal de la presión del suelo Puede suponerse una distribución lineal de la presión del suelo para zapatas que se puedan considerar como un cuerpo rígido, en la medida que en que únicamente resulten pequeñas deformaciones producidas por la carga. Presión de contacto sobre el área total de la base. Si la resultante de todas las fuerzas es tal que todas las porciones del área de contacto del cimiento están en compresión, se considera uniformemente distribuida. La suposición de una distribución lineal de la presión es comúnmente utilizada y es satisfactoria en la mayoría de los casos, debidos a las estimaciones conservadores de carga y los amplios factores de seguridad de los materiales y el suelo. Presión de contacto sobre una parte del área. La distribución de la presión del suelo debe suponerse que es triangular. La resultante de esta distribución tiene la misma magnitud y es colineal, pero actúa en la dirección opuesta de la resultante de las fuerzas actuantes.

6. Zapatas combinadas Zapatas de forma rectangular La longitud y el ancho de las zapatas de forma rectangular deben establecerse de tal manera que la presión máxima de contacto en ninguna parte exceda la presión del suelo permisible. Todos los momentos deben calcularse con respecto al centroide del área de la zapata y la parte inferior de esta. Todas las dimensiones de la zapata deben calcularse con la suposición de que la zapata actúa como un cuerpo rígido. Zapatas trapezoidal o de forma irregular Para reducir las condiciones de carga excéntricas, puede diseñarse una zapata trapezoidal o de forma irregular. En este caso, puede considerarse que la zapata actúa como un cuerpo rígido y la presión del suelo puede determinarse de una manera similar a la de aquella para una zapata rectangular.

7. Cimentaciones en forma de parilla y zapatas lineales que soportan más de dos columnas Las cimentaciones de parilla deben ser analizadas como franjas continuas independientes, usando cargas de columna proporcionadas en relación directa con rigidez de las franjas que actúan en cada dirección. Zapatas que soportan estructuras rígidas Las zapatas lineales continuas que soportan estructuras que, debido a su rigidez, no permitirán que las columnas individuales se asienten diferencialmente, pueden diseñarse usando la suposición de cuerpo rígido, con una distribución lineal de la presión del suelo. Para determinar la rigidez aproximada de la estructura, debe hacerse un análisis comparando la rigidez combinada de la zapata, de los miembros de los marcos de la superestructura, y de los muros de cortante con la rigidez del suelo. Esta rigidez relativa Kr determinara si se debe considerar que la zapata es flexible, o que actúa como un cuerpo rígido. Los cálculos indican que a medida que se incrementa la rigidez relativa Kr, el asentamiento diferencial se reduce rápidamente. Si el análisis de la rigidez relativa de la zapata proporciona un valor de 0.5, la zapata puede considerarse rígida y la variación de la presión del suelo se determina con base en la simple estática. Si se encuentra que el factor de rigidez relativa es menor de 0.5, la zapata debe diseñarse como un miembro flexible.

8. Procedimiento de diseño para zapatas flexibles. Una zapata continua debe analizarse como una viga sobre cimentación elástica. El espesor se establece normalmente sobre la base de una viga de ancho permisible o del esfuerzo de cortante de penetración o punzonamiento sin el uso de refuerzo por cortante, esto no prohíbe al diseñador el uso de refuerzo por cortante en situaciones especificas.

9. Losas de cimentación Las losas de cimentación se usan comúnmente en suelos de estratigrafía errática o relativamente débil, en donde se requeriría un gran número de zapatas ensanchadas, y en donde un estrato de apoyo bien definido para cimentaciones profundas no está cerca de la base de la cimentación. Las losas de cimentación pueden ser diseñadas y analizadas ya sea como cuerpos rígidos o como placas flexibles apoyadas en un medio elástico (el suelo).

10. Procedimiento de diseño. Puede diseñarse una losa de cimentación ya sea usando, el método por resistencia o trabajando con diseño por esfuerzos. El procedimiento de diseño sugerido es el siguiente: Proporcionar de la planta de la losa de cimentación usando cargas no factorizadas y cualquier momento de volteo Calcular el espesor mínimo de la losa de cimentación con base en el esfuerzo cortante de penetración o punzonamiento en las columnas criticas (esquinas, interior, lados, etc.) Diseñar el acero de refuerzo por la flexión tratando la losa como un cuerpo rígido y considerando franjas en ambos sentidos. Realizar un análisis aproximado o un análisis por computadora de la losa y revisar el diseño de cuerpo rígido si es necesario.

11. Métodos de diseño Método de diferencias finitas El método de diferencias finitas es un procedimiento que proporciona resultados bastante buenos para las aproximaciones usadas. Métodos de parillas finitas Este método discretiza la losa en un numero de elementos de viga- columna con resistencia a la flexión y la torsión. La resistencia a la torsión se usa para incorporar la torsión de placa usando el modulo de cortante G. en la terminología elemento finito, produce elementos no conformados, es decir, la compatibilidad entre elementos queda asegurada únicamente en los nodos. Método de elementos finitos Este método discretiza la losa en un numero de elementos rectangulares y/o triangulares. Para la flexión, se requiere el desplazamiento nodal y las pendientes en las direcciones X y Y. Esto da como resultado tomar derivadas parciales de la función desplazamiento. Un elemento es del tipo iso- paramétrico si la misma función puede usarse para describir tanto la forma como el desplazamiento.

12. Conclusión Este ensayo mostro en forma detallada los factores que se toman en cuenta para poder diseñar la cimentaciones someras de poca profundidad, antes de poder diseñar las cimentaciones el ingeniero estructurista debe conocer las presiones netas mínimas y máximas del suelo, las cuales no deben ser mayores a la presión admisible del suelo. Para conocer la presión admisible del suelo se debe hacer un estudio geotécnico. Existen dos métodos para poder diseñar las cimentaciones uno basado en los esfuerzos permisibles, el cual da miembros muy robustos y el método de resistencia, que utiliza factores de sobrecapacidad. Este último es el que mas se utiliza. Se mostro una breve descripción de los métodos que se utilizan para el análisis de las estructuras, como las losas de cimentación. “El que persevera alcanza sus metas”

13. Literatura citada ANÁLISIS SUGERIDO Y PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA ZAPATAS COMBINADAS Y LOSAS DE CIMENTACIÓN; ACI 336.2R-88 ; 2006.