HUANUCO; SETIEMBRE 2021
PROF. MG. ING. WILLIAM PAOLO
TABOADA
UNIVERSIDAD DE HUÁNUCO
Facultad de Ingeniería
E.A.P. Ingeniería Civil
ZAPATA COMBINADA
CIMENTACIÓN COMBINADA
Se usa en los siguientes casos:
A) Columnas muy cercanas entre si:
Se usaran cuando podrán traslaparse o bien podrían resultar de proporciones poco económicas.
B) Columna exterior muy cerca del limite de propiedad:
El punto “G” fija la longitud de la zapata para una reacción uniformemente repartida.
Modelaje: En la dirección longitudinal actúa como una losa o viga ancha apoyada en vigas transversales
en voladizo, los que a su vez, transmiten sus cargas a las columnas.
DISEÑO:
1.Considera que la zapata es rígida y que el suelo es homogéneo y elástico.
2.El predimensionamiento se efectúa de modo que la resultante de las cargas permanentes sin
amplificar, incluidos los momentos coincida con el centro de gravedad, para el cual se extiende
desde la línea de acción de la resultante una longitud a ambos lados igual o mayor que al distancia
entre ese punto y el limite exterior de la columna mas alejada.
3.Definido el largo de la zapata combinada, la capacidad portante neta del terreno y las cargas de
gravedad, se determina el ancho de la cimentación.
4.Si las columnas resisten cargas sísmicas se efectúa la verificación por sismo en las dos
direcciones. En caso que la reacción del terreno excede su capacidad, se incrementa el ancho de la
cimentación.
5. Se verifica la excentricidad en al dirección perpendicular, en caso que esta exista. Este tipo de
zapata usa verificación adicional si la carga viva es mayor que 500 kg/m2 como el caso de
depósitos. Se analiza la reacción del terreno cuando se retira el 50% de la sobrecarga de la columna
I y el resto permanecen constantes. Se repite el proceso pero con la otra columna.
En caso que se excede la capacidad portante del terreno, se incrementa el ancho de la zapata.
6. Se puede considerar que las columnas son apoyos de tipo cuchilla o se puede considerar con sus
dimensiones reales.
7. Antes de calcular el refuerzo por flexión se verifica el punzonamiento y la transferencia de las
cargas de las columnas a la zapata.
8. Se verifica del cortante por flexión. En caso de ser necesario se proveen de estribos
MOMENTOS FLECTORES Y FUERZAS CORTANTES SOBRE ZAPATAS COMBINADAS.
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
1. Determinación de distribución de presiones
eR − Q1e1 − Q2e2 + Q3e3 + M
SI e ≤
L
6
SI e >
L
2
𝑒 = (𝑄1𝑒1 − 𝑄2𝑒2 + 𝑄3𝑒3 + 𝑀)/R
𝑒12 = 𝑞12 =
𝑅
𝐿
(1 ±
6𝑒
𝐿
) TN/m
𝜎1 = 𝑞1,2 =
2𝑅
3(
𝐿
2
− 𝑒)
𝜎2 = 𝑞2 = 0
1. DETERMINACION DEL ANCHO DE CIMENTACIÓN
si e = 0 → zapata rectangular
𝐵1 =
𝑞1
𝜎1
=
𝑇𝑁−𝑚
𝑇𝑁−𝑚2
1. DIMENSIONAMIENTO DE ZAPATAS COMBINADAS RECTANGULARES
 MOMENTO FLECTOR
…..(1)
𝑀𝑢 =
𝑊𝑁𝑢 𝐿12
𝛼
WNu=reacción neta ultimo del terreno por unidad de longitud
WNU = (P1u + P2u) /Lz (kg/m)
Wnu =
WNu
b
(kg/m2
w = ρ ∗
fy
f´c
Igualando 1 y 2
WNu L12
α
= ∅f´c ∗ bd2
w(1 − 0.59w)
despejando "d"
……………….3
𝑀𝑢 = ∅𝑓´𝑐 ∗ 𝑏𝑑2
𝑤(1 − 0.59𝑤)……………(2)
𝑑 = 𝐿1
𝑊𝑛𝑈
𝛼
∗
1
∅𝑓´𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑤(1 − 0.59𝑤)
Considerando:
Wnu =
WNu
b
En 3
……………………….4
Si
α = β
∅ = 0.9
f´c = 175
kg
cm
2
fy = 4200kg/cm2
ρ = 0.004 (ρ > ρmin = 0.0018
w = ρ ∗
fy
f´c
= 0.004 ∗
4200
175
= 0.096
𝑑 = 𝐿1
𝑊𝑁𝑢
∅𝛼𝑓´𝑐 ∗ 𝑏𝑤(1 − 0.29𝑤)
Para e=0
Considerando h=1.2d, en 4
h = 1.2L1
Wnu
0.9 ∗ 8 ∗ 175 ∗ 0.096(1 − 0.59 ∗ 0.096)
= 0.11L1 Wnu
h = 0.11L1 Wnu
𝑊
𝑛𝑢 =
𝑃1𝑢+𝑃2𝑢
𝐴𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡 .
=
𝑃1𝑢 + 𝑃2𝑢
𝑏𝐿𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡 .
𝑘𝑔/𝑐𝑚2
Problema: diseñar la zapata que soportara las columnas mostradas en la figura. Las cargas que
soportan las columnas son las siguientes:
𝛔𝐭 = 𝟐.𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐
= 𝟐𝟎 𝐭𝐧/𝐦𝟐
𝐃𝐟 = 𝟏.𝟏𝟎𝐦
𝛄𝐬 = 𝟏𝟖𝟎𝟎𝐤𝐠/𝐦𝟑
𝐬 /𝐜 = 𝟓𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐦𝟐
𝐟´𝐜 = 𝟏𝟕𝟓𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐
𝐟𝐲 = 𝟒𝟐𝟎𝟎𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐
𝐟´𝐜 = 𝟐𝟏𝟎𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐
𝐜𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚
Las columnas están reforzadas con varillas de Ø 3/4" y estribadas
PD PL Sección
Columna 1 75 TN 35 TN .50*.50
Columna 2 125 TN 50 TN .65*.65
SOLUCIÓN:
1. PERALTE DE LA ZAPATA POR LONGITUD DE DESARROLLO POR COMPRESION (ACI.12.3.2)
0.008fy ∗
db
f´c
si ∅b = 1" entonces db = 2.54
ld ≥ 0.004db ∗ fy por elevar estribos esta ld,se afecta por 0.75
≥ 20 cm
ld1 ≥ 0.08 ∗ 4200 ∗ 2.54 ∗
0.75
175
= 48.00 cm RIGE
ld2 = 0.004 ∗ 2.54 ∗ 4200 ∗ 0.75 = 32.00 cm
Primer tanteo
hz = d + r + ∅ r = 7.5cm , ∅ = 2.54
hz = 48 + 7.5 + 2.5 = 58 ≈ 60cm
hz = 60.00 cm entonces d = 60 − 7.5 − 2.5
𝑑 = 50.00𝑐𝑚
1. CAPACIDAD NETA DEL TERRENO (σn)
𝛔𝐧 = 𝛔𝐭 − 𝛄𝐦𝐡𝐭 − 𝛄𝐜𝐬𝐡𝐩𝐢𝐬𝐨 − 𝐡𝐳𝛄𝐜 − 𝐬/𝐜
σn = 20.00 − 1.8 ∗ 0.50 − 2.3 ∗ 0.10 − 0.6 ∗ 2.4 − 0.50 = 16.93 TN/M2
2. DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA
𝐀𝐳 =
𝐩
𝛔𝐧
=
𝐏𝟏 + 𝐏𝟐
𝛔𝐧
=
𝟕𝟓 + 𝟑𝟓 + 𝟏𝟐𝟓 + 𝟓𝟎
𝟏𝟔. 𝟗𝟑
= 𝟏𝟔. 𝟖𝟑𝟒𝐦𝟐
𝐌𝟎 = 𝟎 Entonces R = 110 + 175 = 285 tn
285X1 − 110 ∗ 0.25 − 175 ∗ 5.825
X1 = 3.67 m
L=2X PARA NO SOBREPASAR LA CAPACIDAD PORTANTE
L = 2 ∗ 3.67 = 7.34 entonces L = 7.35 m
Lv = 7.35 − 0.50 − 5.0 − 0.65 = 1.20m
El área será:
BL = 16.834 B =
16.834m2
7.35m
= 2.24
B = 2.30m Az = 2.30 ∗ 7.35 = 16.905m2
1. Consideramos el 100% de carga permanente en ambas columnas, el 50% de la sobrecarga en
la columna 1 y el 100%en la columna 2, y viceversa
R = 267.5 TN
XR =
92.5 ∗ 0.25 + 175 ∗ 5.825
267.5
XR = 3.90m
Excentricidad.
e = 3.90 − 3.675 = 0.225m
PRESIÓN DEL TERRENO SERÁ:
q =
P
AZ
+
MYCX
IY
, e =
M
P
q =
P
AZ
+
P ∗ e
L
2
Iy
, IY =
BL3
12
q =
267.5
16.905
+
267.5 ∗ 0.225 ∗ 3.675
1
12 ∗ 2.30 ∗ 7.353
q = 18.729 TN/m2
> 16.93 TN/m2
Se incrementa el ancho de la zapata
B1 =
qB
σn
=
18.729∗2.30
16.93
= 2.54 ≅ 2.55m
B1 = 2.55m
Luego la presión del terreno será:
q1 = 18.729 ∗
2.30
2.55
= 16.90 ≅ 16.93 OK
1. Considerando el 100% de la carga permanente en ambas columnas, el 100% de la sobrecarga
en la columna 1 y el 50% de la sobrecarga en la columna 2.
𝜎𝑛
𝑞
=
𝐵
𝐵1
𝑞1 =
𝑞𝐵
𝐵1
25 PL
𝐑 = 𝟐𝟔𝟎 𝐭𝐧
XR = 3.47
e = 3.675 − 3.47 = 0.205 m
q´1 =
260
7.35 ∗ 2.55
+
260 ∗ 0.205 ∗ 3.675
1
12 ∗ 2.55 ∗ (7.35)3
= 16.19 < 16.93 … … OK
La presión en el terreno será.
q´1 = 16.19 ∗
2.30
2.55
= 14.60 < 16.93 tn/m2
En conclusión las dimensiones propuestas garantizan las presiones admisibles en el terreno
no sean sobrepasadas.
1.
a) REACCION NETA DEL SUELO POR UNIDAD DE AREA (Wnu)
Wnu =
Pu
Az
=
Pu1 + Pu2
Az
P𝟏𝐮 = 1.4 ∗ 175 + 1.7 ∗ 35 = 164.5
P2u = 1.4 ∗ 125 + 1.7 ∗ 50 = 260.00
Pu=424.50
Wnu =
424.50
2.55 ∗ 7.35
= 22.65tn/m2
= 2.265kg/cm2
b) REACCION NETA DEL SUELO POR UNIDAD DE LONGITUD (WNu)
W𝐍𝐮 =
Pu
L
=
424.50
7.35
= 57.76 TN/m
1. DIMENSIONAMIENTO LA ALTURA DE LA ZAPATA
hz = 0.11L1 Wnu = 0.11 ∗ 5 ∗ 2.265 = 0.83 ≅ 0.85m
L1= luz entre columnas
2. COMPROBAMOS CON LOS DATOS OBTENIDOS Y RECALCULAMOS
 Como se calculo con hz = 0.60m, entonces recalculamos con hz= 0.85
B = 2.30 B=2.55
𝛔𝐧 = 𝟐𝟎. 00 ∗ 1.8 ∗ 0.50 − 2.3 ∗ 0.10 − 0.85 ∗ 2.4 − 0.50 = 16.33 tn/m2
Az =
255
16.33
= 17.452 m2
Como dato: L=7.35
B=2.55
Az = 18.742m2
> 17.452… … … … … … … . . OK
q =
267.5
18.742
+
267.5 ∗ 0.225 ∗ 3.675
1
12 ∗ 2.55 ∗ (7.35)2
= 14.27 + 2.62 = 16.89 > 16.33
B1 = 16.89 ∗
2.55
16.33
= 2.63 ≅ 2.65m → B = 2.65
q1 = 16.89 ∗
2.55
2.65
= 16.25 < 16.33 … . . OK
q´1 =
260
7.35 ∗ 2.65
+
260 ∗ 0.205 ∗ 3.675
1
12
∗ 2.65 ∗ (7.35)2
= 13.348 + 2.234 = 15.582 < 16.33 … … OK
q´´1 = 15.582 ∗
2.55
2.65
= 15.00 < 16.33 … … … … OK
Reacción neta del suelo por unidad de área es.
Wnu =
424.50
19.4775
= 21.794 = 2.1794 kg/cm2
hz = 0.11 ∗ 5 2.1794 = 0.81m
𝐴𝑧 = 𝐵 ∗ 𝐿 = 2.65 ∗ 7.35 = 19.4775 𝑚2
Reacción del suelo por unidad de longitud:
WNu = 21.794 ∗ 2.65 = 57.754 tn/m
WNu = 57.75 tn/m
Adoptamos hz=85 cm → d = hz − r − ∅ , ∅b = 3/4" = 1.91 , r =
5 cm (superior)
d = 85 − 5 − 1.91 = 78.09 → d = 78.00cm
Por lo tanto: zapata rectangular. d= 78.00cm = 0.78 m
L= 7.35 m
B= 2.65 m
1. DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR
DFC DMF
0 ≤ X ≤ 0.25 0 ≤ X ≤ 0.25
Vx = +57.75X Vx = +57.75
X2
2
X = 0 → Vx = 0 X = 0 → Mx = 0
X = 0.25 → Vx = +14.438 X = 0.25 → Mx = +1.805
DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE
0 ≤ X ≤ 1.28
Vx = +14.438 − 164.5 + 57.75(X − 0.25
X = 0.25 → Vx = −150.062 , X = 1.28 → Vx = −90.580
1.28 ≤ X ≤ 4.72
Vx = +14.438 − 164.5 + 59.468 + 57.75(X − 1.28)
Vx = −90.580 + 57.75(X − 1.28)
si Vx = 0 → M = Mmax .
→ 0 = −90.580 + 57.75 X − 1.28 X = 2.85 m
X = 1.28 → Vx = −90.580
X = 2.85 → Vx = 0
X = 4.72 → Vx = 108.081
4.72 ≤ X ≤ 5.825
Vx = +14.438 − 164.5 + 59.483 + 198.66 + 57.75(X − 4.72)
Vx = 108.081 + 57.75(X − 4.72)
Vx = 108.081 + 57.75(x − 4.72)
X = 4.72 → Vx = +108.081
X = 5.825 → Vx = +171.894
5.825 ≤ X ≤ 6.93
Vx = 336.394 − 164.5 − 260 + 57.75(x − 5.825)
Vx = −88.106 + 57.75(X − 5.825)
X = 5.825 → Vx = −88.106
X = 6.93 → Vx = −24.292
6.93 ≤ X ≤ 7.35
Vx = −164.5 + 400.208 − 260 + 57.75(X − 6.93)
Vx = −24.292 + 57.75(X − 6.93)
X = 6.93 → Vx = −24.292
X = 7.35 → Vx = 0
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR
0.25 ≤ X ≤ 1.28
Mx = 14.438 X −
0.25
2
− 164.5 X − 0.25 + 57.75(X − 0.25)2
X = 0.25 → Mx = +1.805
X = 1.28 → Mx = −122.126
1.28 ≤ X ≤ 4.72
Mx = 14.438 X − 0.125 − 164.5 X − 0.25 + 59.483 X − 0.765 + 57.75(
X − 1.28
2
)2
X = 1.28 → Mx = −122.126
X = 2.85 → Mx = Mmax = 193.16
X = 4.72 → Mx = −92.022
4.72 ≤ X ≤ 5.825
Mx = 272.58 X −
4.72
2
− 164.5 X − 0.25 + 57.75(
X − 4.72
2
)2
X = 4.72 → Mx = −92.026
X = 5.825 → Mx = +62.658
5.825 ≤ X ≤ 6.93
5.825 ≤ X ≤ 6.93
Mx = −164.5 X − 0.25 + 336.394 X − 2.9125 − 260 X − 5.825
+ 57.75(
X − 5.825
2
)2
X = 5.825 → Mx = +62.658
X = 6.93 → Mx = +0.56
6.93 ≤ X ≤ 7.35
Mx = −164.5 X − 0.25 + 400.208 X − 3.465 − 260 X − 5.825 + 57.75(
X − 6.93
2
)2
X = 6.93 → Mx = +0.56
X = 7.35 → Mx = −4.548
0 ≤ X ≤ 0.42
Mx = +57.75
X2
2
X = 0 → Mx = 0
X = 0.42 → Mx = 5.094
0.42 ≤ X ≤ 01.825
Mx = 24.255 X −
0.42
2
+ 57.75
X − 0.42
2
2
X = 0.42 → Mx = +5.094
X = 1.525 → Mx = +67.152
1.525 ≤ X ≤ (7.35 − 2.85 = 4.5)
Mx = +88.069 X − 0.7625 − 260 X − 1.525 + 57.75(
X − 1.525
2
)2
X = 1.525 → Mx = +67.152
X = 4.50 → Mx = −188.780 = Mmax.
1.525
1. VERIFICACION DE CORTANTE POR FLEXION, A UNA DISTANCIA “d” DE LA CARA DE APOYO
DE LAS COLUMNAS.
Del Diagrama De Fuerza Cortante Se Tiene:
V𝐝𝟏𝐮 = −𝟗𝟎. 𝟓𝟖 𝐭𝐧
Vd2u = +108.081 tn → este es el mayor esfuerzo cortante
Vd3u = −24.292 tn
Vdu =
vd2u
∅
=
108.081
0.85
= 127.154 tn
Debe cumplir:
Vc = 0.53 f´c ∗ db = 0.53 175 ∗ 10 ∗ 0.78 ∗ 2.65 = 144.922 tn
Vdu
∅
= 127.154 tn < 144.922 = Vc … … … … … … … OK
𝑉𝑑𝑢
∅
≤ 𝑉𝑐
1. DISEÑO POR PUNZONAMIENTO A UNA DISTANCIA “d/2” DE LA CARA DE LAS COLUMNAS.
 Columna exterior: d=0.78m
b01 = 0.50 +
0.78
2
∗ 2 + (0.50 + 0.78)
b01 = 3.06 m
A𝟎𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟎 + 𝟎.
𝟕𝟖
𝟐
(0.50 + 0.78)
A01 = 1.1392 m2
 Columna interior
b𝟎𝟐 = 4 0.65 + 0.78 5.72m
A02 = (0.65 + 0.78)2
= 2.045 m2
a) PUNZONAMIENTO EN COLUMNA EXTERIOR
Vu1 = Pu1 − Wnu A01 = 164.5 − 21.794 ∗ 1.1392 = 139.672 tn
Vn =
Vu1
∅
=
139.672
0.85
= 164.32 TN
Debe cumplir:
Vu
∅
≤ Vc
Vc = 0.27 2 +
4
β
≤ 1.06 , β =
0.50
0.50
= 1
Vc = 0.27 2 +
4
1
= 1
Por lo tanto: 1.62 > 1.06 → se toma: Vc = 1.06 f´c ∗ b0d
Vc = 1.06 175 ∗ 10 ∗ 3.06 ∗ 0.78 = 334.69 TN
Vc = 334.69 > 164.32 =
Vu
∅
… … … … … … … … OK
1.62
a) PUNZONAMIENTO EN COLUMNA INTERIOR
Puz = 1.4 ∗ 125 + 1.7 ∗ 50 = 260 TN
Vu2 = Wnu A02 = 260 − 21.794 ∗ 2.045 = 215.431 TN
Vu =
Vu2
∅
=
215.431
0.85
= 253.448 TN
Vc = 1.06 175 ∗ 10 ∗ 5.72 ∗ 0.78 = 625.627 TN
∴ Vc = 625.627 > Vn = 253.448 TN… … … . OK
1. DISEÑO POR FLEXION.
Del diagrama de momentos: Mu = 193.16 TN − m
Mn =
Mu
∅
=
193.16
0.90
= 214.622 TN − m
Pu2-WnuA2
a) REFUERZO SUPERIOR
As = 0.85 − 0.7225 −
1.7 ∗ 214.622 ∗ 105
175 ∗ 265 78 2
∗
175
4200
∗ 265 ∗ 78
As = 68.741 cm2
, si elegimos ∅ 1", Ab = 5.07 cm2
n =
68.741
5.07
= 13.55 ≅ 14
S =
2.65 − 0.15 − 0.025
14 − 1
= 0.19
ρ =
68.741
265 ∗ 78
= 0.0033 > 0.0018… … … … … … … … … … . OK
𝑢𝑠𝑎𝑟: 14∅1" @ .19
a) REFUERZO INTERIOR (columna 2 interior)
Mu = 67.152 TN − m d = 85 − 7.5 − 1.91 = 0.76
Mn =
Mu
∅
=
67.152
0.90
= 74.613 TN − m
As = 0.85 − 0.7225 −
1.7 ∗ 74.613 ∗ 105
175 ∗ 265 ∗ 76 2
∗
175 ∗ 265 ∗ 76
4200
As = 23.771 cm2
ρ =
23.771
265 ∗ 76
= 0.0012 < 0.0018 → adoptamos ρmin
As𝐦𝐢𝐧 = 0.0018 ∗ 265 ∗ 76 = 36.252 cm2
adoptamos ∅3/4" , db = 1.91cm , Ab = 2.85 cm2
Columna 1 exterior Ø3/4”
Usar Ø3/4”@0.70
n =
36.252
2.85
≅ 13
S =
2.65 − 0.15 − 0.0191
13 − 1
= 0.20
usar 13∅3/4"@0.20
75.59
1. DISEÑO EN DIRECCION TRANSVERSAL
d = 78.00cm
b1 = 0.50 +
0.78
2
= 0.89 m
b1 = 0.90m
b2 = 0.65 +
2d
2
= 1.43
𝐛𝟐 = 𝟏. 𝟒𝟓𝐦
a) VIGA EXTERIOR
𝐪Nu =
Pu1
B
=
164.5
2.65
= 62.08 TN/m
LV1 =
2.65 − 0.50
2
= 1.075
Mumax = 62.08 ∗
1.075 2
2
= 35.60 TN − m
Mn =
Mumax
∅
=
38.801
0.9
= 43.112 TN − m
As = 0.85 − 0.7225 −
1.7 ∗ 43 ∗ 112 ∗ 105
175 ∗ 90 ∗ 78 2
∗ 175 ∗
90
4200
∗ 78
As = 13.528 cm2
Asmin = 0.0018 ∗ 90 ∗ 78 = 12.636 cm2
→ As > Asmin ………………..OK
∅3/4" → n = 13.528/5.1 = 5
S =
0.90 − 0.0191
5 − 1
= 0.22
usar 5∅3/4"@0.22
a) VIGA INTERIOR
q𝐍𝐮 =
𝐏𝐮𝟐
𝐁
=
260
2.65
= 98.113 TN − m
Lv2 =
2.65−0.65
2
= 1.00m
Mmax = 98.113 ∗
1.00 2
2
= 49.057
Mn =
Mu
∅
=
49.057
0.9
= 54.508 TN − m
As = 0.85 − 0.7225 −
1.7 ∗ 54 ∗ 508 ∗ 105
175 ∗ 145 ∗ 78 2
∗
175
4200
∗ 145 ∗ 78 = 16.999
Asmin = 0.0018 ∗ 78 = 20.358 cm2
As < Asmin → tomamos Asmin
n =
20.358
2.85
= 8
S =
1.45 − 0.0191
8 − 1
= 0.20
usar 8∅3/4"@0.20
ACERO DE MONTAJE: PARA ACERO LONGITUDINAL PARTE SUPERIOR
As∅3/4" S = 36∅ = 36 ∗ 1.91 = 68.76
USAR ∅3/4"@0.70
0.0018*78*1.45
Zapata combinada

Zapata combinada

  • 1.
    HUANUCO; SETIEMBRE 2021 PROF.MG. ING. WILLIAM PAOLO TABOADA UNIVERSIDAD DE HUÁNUCO Facultad de Ingeniería E.A.P. Ingeniería Civil ZAPATA COMBINADA
  • 2.
    CIMENTACIÓN COMBINADA Se usaen los siguientes casos: A) Columnas muy cercanas entre si: Se usaran cuando podrán traslaparse o bien podrían resultar de proporciones poco económicas. B) Columna exterior muy cerca del limite de propiedad: El punto “G” fija la longitud de la zapata para una reacción uniformemente repartida. Modelaje: En la dirección longitudinal actúa como una losa o viga ancha apoyada en vigas transversales en voladizo, los que a su vez, transmiten sus cargas a las columnas.
  • 3.
    DISEÑO: 1.Considera que lazapata es rígida y que el suelo es homogéneo y elástico. 2.El predimensionamiento se efectúa de modo que la resultante de las cargas permanentes sin amplificar, incluidos los momentos coincida con el centro de gravedad, para el cual se extiende desde la línea de acción de la resultante una longitud a ambos lados igual o mayor que al distancia entre ese punto y el limite exterior de la columna mas alejada. 3.Definido el largo de la zapata combinada, la capacidad portante neta del terreno y las cargas de gravedad, se determina el ancho de la cimentación. 4.Si las columnas resisten cargas sísmicas se efectúa la verificación por sismo en las dos direcciones. En caso que la reacción del terreno excede su capacidad, se incrementa el ancho de la cimentación.
  • 4.
    5. Se verificala excentricidad en al dirección perpendicular, en caso que esta exista. Este tipo de zapata usa verificación adicional si la carga viva es mayor que 500 kg/m2 como el caso de depósitos. Se analiza la reacción del terreno cuando se retira el 50% de la sobrecarga de la columna I y el resto permanecen constantes. Se repite el proceso pero con la otra columna. En caso que se excede la capacidad portante del terreno, se incrementa el ancho de la zapata. 6. Se puede considerar que las columnas son apoyos de tipo cuchilla o se puede considerar con sus dimensiones reales. 7. Antes de calcular el refuerzo por flexión se verifica el punzonamiento y la transferencia de las cargas de las columnas a la zapata. 8. Se verifica del cortante por flexión. En caso de ser necesario se proveen de estribos
  • 5.
    MOMENTOS FLECTORES YFUERZAS CORTANTES SOBRE ZAPATAS COMBINADAS.
  • 7.
    PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1.Determinación de distribución de presiones
  • 8.
    eR − Q1e1− Q2e2 + Q3e3 + M SI e ≤ L 6 SI e > L 2 𝑒 = (𝑄1𝑒1 − 𝑄2𝑒2 + 𝑄3𝑒3 + 𝑀)/R 𝑒12 = 𝑞12 = 𝑅 𝐿 (1 ± 6𝑒 𝐿 ) TN/m 𝜎1 = 𝑞1,2 = 2𝑅 3( 𝐿 2 − 𝑒) 𝜎2 = 𝑞2 = 0
  • 9.
    1. DETERMINACION DELANCHO DE CIMENTACIÓN si e = 0 → zapata rectangular 𝐵1 = 𝑞1 𝜎1 = 𝑇𝑁−𝑚 𝑇𝑁−𝑚2
  • 10.
    1. DIMENSIONAMIENTO DEZAPATAS COMBINADAS RECTANGULARES  MOMENTO FLECTOR …..(1) 𝑀𝑢 = 𝑊𝑁𝑢 𝐿12 𝛼
  • 11.
    WNu=reacción neta ultimodel terreno por unidad de longitud WNU = (P1u + P2u) /Lz (kg/m) Wnu = WNu b (kg/m2 w = ρ ∗ fy f´c Igualando 1 y 2 WNu L12 α = ∅f´c ∗ bd2 w(1 − 0.59w) despejando "d" ……………….3 𝑀𝑢 = ∅𝑓´𝑐 ∗ 𝑏𝑑2 𝑤(1 − 0.59𝑤)……………(2) 𝑑 = 𝐿1 𝑊𝑛𝑈 𝛼 ∗ 1 ∅𝑓´𝑐 ∗ 𝑏 ∗ 𝑤(1 − 0.59𝑤)
  • 12.
    Considerando: Wnu = WNu b En 3 ……………………….4 Si α= β ∅ = 0.9 f´c = 175 kg cm 2 fy = 4200kg/cm2 ρ = 0.004 (ρ > ρmin = 0.0018 w = ρ ∗ fy f´c = 0.004 ∗ 4200 175 = 0.096 𝑑 = 𝐿1 𝑊𝑁𝑢 ∅𝛼𝑓´𝑐 ∗ 𝑏𝑤(1 − 0.29𝑤)
  • 13.
    Para e=0 Considerando h=1.2d,en 4 h = 1.2L1 Wnu 0.9 ∗ 8 ∗ 175 ∗ 0.096(1 − 0.59 ∗ 0.096) = 0.11L1 Wnu h = 0.11L1 Wnu 𝑊 𝑛𝑢 = 𝑃1𝑢+𝑃2𝑢 𝐴𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡 . = 𝑃1𝑢 + 𝑃2𝑢 𝑏𝐿𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡 . 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
  • 14.
    Problema: diseñar lazapata que soportara las columnas mostradas en la figura. Las cargas que soportan las columnas son las siguientes: 𝛔𝐭 = 𝟐.𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐 = 𝟐𝟎 𝐭𝐧/𝐦𝟐 𝐃𝐟 = 𝟏.𝟏𝟎𝐦 𝛄𝐬 = 𝟏𝟖𝟎𝟎𝐤𝐠/𝐦𝟑 𝐬 /𝐜 = 𝟓𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐦𝟐 𝐟´𝐜 = 𝟏𝟕𝟓𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐 𝐟𝐲 = 𝟒𝟐𝟎𝟎𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐 𝐟´𝐜 = 𝟐𝟏𝟎𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐 𝐜𝐨𝐥𝐮𝐦𝐧𝐚 Las columnas están reforzadas con varillas de Ø 3/4" y estribadas PD PL Sección Columna 1 75 TN 35 TN .50*.50 Columna 2 125 TN 50 TN .65*.65
  • 16.
    SOLUCIÓN: 1. PERALTE DELA ZAPATA POR LONGITUD DE DESARROLLO POR COMPRESION (ACI.12.3.2) 0.008fy ∗ db f´c si ∅b = 1" entonces db = 2.54 ld ≥ 0.004db ∗ fy por elevar estribos esta ld,se afecta por 0.75 ≥ 20 cm ld1 ≥ 0.08 ∗ 4200 ∗ 2.54 ∗ 0.75 175 = 48.00 cm RIGE ld2 = 0.004 ∗ 2.54 ∗ 4200 ∗ 0.75 = 32.00 cm Primer tanteo hz = d + r + ∅ r = 7.5cm , ∅ = 2.54 hz = 48 + 7.5 + 2.5 = 58 ≈ 60cm hz = 60.00 cm entonces d = 60 − 7.5 − 2.5 𝑑 = 50.00𝑐𝑚
  • 17.
    1. CAPACIDAD NETADEL TERRENO (σn) 𝛔𝐧 = 𝛔𝐭 − 𝛄𝐦𝐡𝐭 − 𝛄𝐜𝐬𝐡𝐩𝐢𝐬𝐨 − 𝐡𝐳𝛄𝐜 − 𝐬/𝐜 σn = 20.00 − 1.8 ∗ 0.50 − 2.3 ∗ 0.10 − 0.6 ∗ 2.4 − 0.50 = 16.93 TN/M2 2. DIMENSIONAMIENTO DE LA ZAPATA 𝐀𝐳 = 𝐩 𝛔𝐧 = 𝐏𝟏 + 𝐏𝟐 𝛔𝐧 = 𝟕𝟓 + 𝟑𝟓 + 𝟏𝟐𝟓 + 𝟓𝟎 𝟏𝟔. 𝟗𝟑 = 𝟏𝟔. 𝟖𝟑𝟒𝐦𝟐 𝐌𝟎 = 𝟎 Entonces R = 110 + 175 = 285 tn 285X1 − 110 ∗ 0.25 − 175 ∗ 5.825 X1 = 3.67 m L=2X PARA NO SOBREPASAR LA CAPACIDAD PORTANTE
  • 18.
    L = 2∗ 3.67 = 7.34 entonces L = 7.35 m Lv = 7.35 − 0.50 − 5.0 − 0.65 = 1.20m El área será: BL = 16.834 B = 16.834m2 7.35m = 2.24 B = 2.30m Az = 2.30 ∗ 7.35 = 16.905m2 1. Consideramos el 100% de carga permanente en ambas columnas, el 50% de la sobrecarga en la columna 1 y el 100%en la columna 2, y viceversa R = 267.5 TN XR = 92.5 ∗ 0.25 + 175 ∗ 5.825 267.5 XR = 3.90m
  • 19.
    Excentricidad. e = 3.90− 3.675 = 0.225m PRESIÓN DEL TERRENO SERÁ: q = P AZ + MYCX IY , e = M P q = P AZ + P ∗ e L 2 Iy , IY = BL3 12 q = 267.5 16.905 + 267.5 ∗ 0.225 ∗ 3.675 1 12 ∗ 2.30 ∗ 7.353 q = 18.729 TN/m2 > 16.93 TN/m2
  • 20.
    Se incrementa elancho de la zapata B1 = qB σn = 18.729∗2.30 16.93 = 2.54 ≅ 2.55m B1 = 2.55m Luego la presión del terreno será: q1 = 18.729 ∗ 2.30 2.55 = 16.90 ≅ 16.93 OK 1. Considerando el 100% de la carga permanente en ambas columnas, el 100% de la sobrecarga en la columna 1 y el 50% de la sobrecarga en la columna 2. 𝜎𝑛 𝑞 = 𝐵 𝐵1 𝑞1 = 𝑞𝐵 𝐵1 25 PL
  • 21.
    𝐑 = 𝟐𝟔𝟎𝐭𝐧 XR = 3.47 e = 3.675 − 3.47 = 0.205 m q´1 = 260 7.35 ∗ 2.55 + 260 ∗ 0.205 ∗ 3.675 1 12 ∗ 2.55 ∗ (7.35)3 = 16.19 < 16.93 … … OK La presión en el terreno será. q´1 = 16.19 ∗ 2.30 2.55 = 14.60 < 16.93 tn/m2 En conclusión las dimensiones propuestas garantizan las presiones admisibles en el terreno no sean sobrepasadas.
  • 22.
    1. a) REACCION NETADEL SUELO POR UNIDAD DE AREA (Wnu) Wnu = Pu Az = Pu1 + Pu2 Az P𝟏𝐮 = 1.4 ∗ 175 + 1.7 ∗ 35 = 164.5 P2u = 1.4 ∗ 125 + 1.7 ∗ 50 = 260.00 Pu=424.50 Wnu = 424.50 2.55 ∗ 7.35 = 22.65tn/m2 = 2.265kg/cm2 b) REACCION NETA DEL SUELO POR UNIDAD DE LONGITUD (WNu) W𝐍𝐮 = Pu L = 424.50 7.35 = 57.76 TN/m
  • 23.
    1. DIMENSIONAMIENTO LAALTURA DE LA ZAPATA hz = 0.11L1 Wnu = 0.11 ∗ 5 ∗ 2.265 = 0.83 ≅ 0.85m L1= luz entre columnas 2. COMPROBAMOS CON LOS DATOS OBTENIDOS Y RECALCULAMOS  Como se calculo con hz = 0.60m, entonces recalculamos con hz= 0.85 B = 2.30 B=2.55 𝛔𝐧 = 𝟐𝟎. 00 ∗ 1.8 ∗ 0.50 − 2.3 ∗ 0.10 − 0.85 ∗ 2.4 − 0.50 = 16.33 tn/m2 Az = 255 16.33 = 17.452 m2 Como dato: L=7.35 B=2.55 Az = 18.742m2 > 17.452… … … … … … … . . OK q = 267.5 18.742 + 267.5 ∗ 0.225 ∗ 3.675 1 12 ∗ 2.55 ∗ (7.35)2 = 14.27 + 2.62 = 16.89 > 16.33
  • 24.
    B1 = 16.89∗ 2.55 16.33 = 2.63 ≅ 2.65m → B = 2.65 q1 = 16.89 ∗ 2.55 2.65 = 16.25 < 16.33 … . . OK q´1 = 260 7.35 ∗ 2.65 + 260 ∗ 0.205 ∗ 3.675 1 12 ∗ 2.65 ∗ (7.35)2 = 13.348 + 2.234 = 15.582 < 16.33 … … OK q´´1 = 15.582 ∗ 2.55 2.65 = 15.00 < 16.33 … … … … OK Reacción neta del suelo por unidad de área es. Wnu = 424.50 19.4775 = 21.794 = 2.1794 kg/cm2 hz = 0.11 ∗ 5 2.1794 = 0.81m 𝐴𝑧 = 𝐵 ∗ 𝐿 = 2.65 ∗ 7.35 = 19.4775 𝑚2
  • 25.
    Reacción del suelopor unidad de longitud: WNu = 21.794 ∗ 2.65 = 57.754 tn/m WNu = 57.75 tn/m Adoptamos hz=85 cm → d = hz − r − ∅ , ∅b = 3/4" = 1.91 , r = 5 cm (superior) d = 85 − 5 − 1.91 = 78.09 → d = 78.00cm Por lo tanto: zapata rectangular. d= 78.00cm = 0.78 m L= 7.35 m B= 2.65 m 1. DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR DFC DMF 0 ≤ X ≤ 0.25 0 ≤ X ≤ 0.25 Vx = +57.75X Vx = +57.75 X2 2 X = 0 → Vx = 0 X = 0 → Mx = 0 X = 0.25 → Vx = +14.438 X = 0.25 → Mx = +1.805
  • 27.
    DIAGRAMA DE FUERZACORTANTE 0 ≤ X ≤ 1.28 Vx = +14.438 − 164.5 + 57.75(X − 0.25 X = 0.25 → Vx = −150.062 , X = 1.28 → Vx = −90.580 1.28 ≤ X ≤ 4.72 Vx = +14.438 − 164.5 + 59.468 + 57.75(X − 1.28) Vx = −90.580 + 57.75(X − 1.28) si Vx = 0 → M = Mmax . → 0 = −90.580 + 57.75 X − 1.28 X = 2.85 m X = 1.28 → Vx = −90.580 X = 2.85 → Vx = 0 X = 4.72 → Vx = 108.081 4.72 ≤ X ≤ 5.825
  • 28.
    Vx = +14.438− 164.5 + 59.483 + 198.66 + 57.75(X − 4.72) Vx = 108.081 + 57.75(X − 4.72) Vx = 108.081 + 57.75(x − 4.72) X = 4.72 → Vx = +108.081 X = 5.825 → Vx = +171.894 5.825 ≤ X ≤ 6.93 Vx = 336.394 − 164.5 − 260 + 57.75(x − 5.825) Vx = −88.106 + 57.75(X − 5.825) X = 5.825 → Vx = −88.106 X = 6.93 → Vx = −24.292 6.93 ≤ X ≤ 7.35 Vx = −164.5 + 400.208 − 260 + 57.75(X − 6.93) Vx = −24.292 + 57.75(X − 6.93) X = 6.93 → Vx = −24.292 X = 7.35 → Vx = 0
  • 29.
    DIAGRAMA DE MOMENTOFLECTOR 0.25 ≤ X ≤ 1.28 Mx = 14.438 X − 0.25 2 − 164.5 X − 0.25 + 57.75(X − 0.25)2 X = 0.25 → Mx = +1.805 X = 1.28 → Mx = −122.126 1.28 ≤ X ≤ 4.72 Mx = 14.438 X − 0.125 − 164.5 X − 0.25 + 59.483 X − 0.765 + 57.75( X − 1.28 2 )2 X = 1.28 → Mx = −122.126 X = 2.85 → Mx = Mmax = 193.16 X = 4.72 → Mx = −92.022 4.72 ≤ X ≤ 5.825 Mx = 272.58 X − 4.72 2 − 164.5 X − 0.25 + 57.75( X − 4.72 2 )2 X = 4.72 → Mx = −92.026 X = 5.825 → Mx = +62.658 5.825 ≤ X ≤ 6.93
  • 30.
    5.825 ≤ X≤ 6.93 Mx = −164.5 X − 0.25 + 336.394 X − 2.9125 − 260 X − 5.825 + 57.75( X − 5.825 2 )2 X = 5.825 → Mx = +62.658 X = 6.93 → Mx = +0.56 6.93 ≤ X ≤ 7.35 Mx = −164.5 X − 0.25 + 400.208 X − 3.465 − 260 X − 5.825 + 57.75( X − 6.93 2 )2 X = 6.93 → Mx = +0.56 X = 7.35 → Mx = −4.548 0 ≤ X ≤ 0.42 Mx = +57.75 X2 2 X = 0 → Mx = 0 X = 0.42 → Mx = 5.094
  • 31.
    0.42 ≤ X≤ 01.825 Mx = 24.255 X − 0.42 2 + 57.75 X − 0.42 2 2 X = 0.42 → Mx = +5.094 X = 1.525 → Mx = +67.152 1.525 ≤ X ≤ (7.35 − 2.85 = 4.5) Mx = +88.069 X − 0.7625 − 260 X − 1.525 + 57.75( X − 1.525 2 )2 X = 1.525 → Mx = +67.152 X = 4.50 → Mx = −188.780 = Mmax. 1.525
  • 33.
    1. VERIFICACION DECORTANTE POR FLEXION, A UNA DISTANCIA “d” DE LA CARA DE APOYO DE LAS COLUMNAS. Del Diagrama De Fuerza Cortante Se Tiene: V𝐝𝟏𝐮 = −𝟗𝟎. 𝟓𝟖 𝐭𝐧 Vd2u = +108.081 tn → este es el mayor esfuerzo cortante Vd3u = −24.292 tn Vdu = vd2u ∅ = 108.081 0.85 = 127.154 tn Debe cumplir: Vc = 0.53 f´c ∗ db = 0.53 175 ∗ 10 ∗ 0.78 ∗ 2.65 = 144.922 tn Vdu ∅ = 127.154 tn < 144.922 = Vc … … … … … … … OK 𝑉𝑑𝑢 ∅ ≤ 𝑉𝑐
  • 34.
    1. DISEÑO PORPUNZONAMIENTO A UNA DISTANCIA “d/2” DE LA CARA DE LAS COLUMNAS.  Columna exterior: d=0.78m b01 = 0.50 + 0.78 2 ∗ 2 + (0.50 + 0.78) b01 = 3.06 m A𝟎𝟏 = 𝟎. 𝟓𝟎 + 𝟎. 𝟕𝟖 𝟐 (0.50 + 0.78) A01 = 1.1392 m2  Columna interior b𝟎𝟐 = 4 0.65 + 0.78 5.72m A02 = (0.65 + 0.78)2 = 2.045 m2
  • 36.
    a) PUNZONAMIENTO ENCOLUMNA EXTERIOR Vu1 = Pu1 − Wnu A01 = 164.5 − 21.794 ∗ 1.1392 = 139.672 tn Vn = Vu1 ∅ = 139.672 0.85 = 164.32 TN Debe cumplir: Vu ∅ ≤ Vc Vc = 0.27 2 + 4 β ≤ 1.06 , β = 0.50 0.50 = 1 Vc = 0.27 2 + 4 1 = 1 Por lo tanto: 1.62 > 1.06 → se toma: Vc = 1.06 f´c ∗ b0d Vc = 1.06 175 ∗ 10 ∗ 3.06 ∗ 0.78 = 334.69 TN Vc = 334.69 > 164.32 = Vu ∅ … … … … … … … … OK 1.62
  • 37.
    a) PUNZONAMIENTO ENCOLUMNA INTERIOR Puz = 1.4 ∗ 125 + 1.7 ∗ 50 = 260 TN Vu2 = Wnu A02 = 260 − 21.794 ∗ 2.045 = 215.431 TN Vu = Vu2 ∅ = 215.431 0.85 = 253.448 TN Vc = 1.06 175 ∗ 10 ∗ 5.72 ∗ 0.78 = 625.627 TN ∴ Vc = 625.627 > Vn = 253.448 TN… … … . OK 1. DISEÑO POR FLEXION. Del diagrama de momentos: Mu = 193.16 TN − m Mn = Mu ∅ = 193.16 0.90 = 214.622 TN − m Pu2-WnuA2
  • 38.
    a) REFUERZO SUPERIOR As= 0.85 − 0.7225 − 1.7 ∗ 214.622 ∗ 105 175 ∗ 265 78 2 ∗ 175 4200 ∗ 265 ∗ 78 As = 68.741 cm2 , si elegimos ∅ 1", Ab = 5.07 cm2 n = 68.741 5.07 = 13.55 ≅ 14 S = 2.65 − 0.15 − 0.025 14 − 1 = 0.19 ρ = 68.741 265 ∗ 78 = 0.0033 > 0.0018… … … … … … … … … … . OK 𝑢𝑠𝑎𝑟: 14∅1" @ .19
  • 39.
    a) REFUERZO INTERIOR(columna 2 interior) Mu = 67.152 TN − m d = 85 − 7.5 − 1.91 = 0.76 Mn = Mu ∅ = 67.152 0.90 = 74.613 TN − m As = 0.85 − 0.7225 − 1.7 ∗ 74.613 ∗ 105 175 ∗ 265 ∗ 76 2 ∗ 175 ∗ 265 ∗ 76 4200 As = 23.771 cm2 ρ = 23.771 265 ∗ 76 = 0.0012 < 0.0018 → adoptamos ρmin As𝐦𝐢𝐧 = 0.0018 ∗ 265 ∗ 76 = 36.252 cm2 adoptamos ∅3/4" , db = 1.91cm , Ab = 2.85 cm2 Columna 1 exterior Ø3/4” Usar Ø3/4”@0.70 n = 36.252 2.85 ≅ 13 S = 2.65 − 0.15 − 0.0191 13 − 1 = 0.20 usar 13∅3/4"@0.20 75.59
  • 40.
    1. DISEÑO ENDIRECCION TRANSVERSAL d = 78.00cm b1 = 0.50 + 0.78 2 = 0.89 m b1 = 0.90m b2 = 0.65 + 2d 2 = 1.43 𝐛𝟐 = 𝟏. 𝟒𝟓𝐦
  • 41.
    a) VIGA EXTERIOR 𝐪Nu= Pu1 B = 164.5 2.65 = 62.08 TN/m LV1 = 2.65 − 0.50 2 = 1.075 Mumax = 62.08 ∗ 1.075 2 2 = 35.60 TN − m Mn = Mumax ∅ = 38.801 0.9 = 43.112 TN − m As = 0.85 − 0.7225 − 1.7 ∗ 43 ∗ 112 ∗ 105 175 ∗ 90 ∗ 78 2 ∗ 175 ∗ 90 4200 ∗ 78 As = 13.528 cm2 Asmin = 0.0018 ∗ 90 ∗ 78 = 12.636 cm2 → As > Asmin ………………..OK ∅3/4" → n = 13.528/5.1 = 5 S = 0.90 − 0.0191 5 − 1 = 0.22 usar 5∅3/4"@0.22
  • 42.
    a) VIGA INTERIOR q𝐍𝐮= 𝐏𝐮𝟐 𝐁 = 260 2.65 = 98.113 TN − m Lv2 = 2.65−0.65 2 = 1.00m Mmax = 98.113 ∗ 1.00 2 2 = 49.057 Mn = Mu ∅ = 49.057 0.9 = 54.508 TN − m As = 0.85 − 0.7225 − 1.7 ∗ 54 ∗ 508 ∗ 105 175 ∗ 145 ∗ 78 2 ∗ 175 4200 ∗ 145 ∗ 78 = 16.999
  • 43.
    Asmin = 0.0018∗ 78 = 20.358 cm2 As < Asmin → tomamos Asmin n = 20.358 2.85 = 8 S = 1.45 − 0.0191 8 − 1 = 0.20 usar 8∅3/4"@0.20 ACERO DE MONTAJE: PARA ACERO LONGITUDINAL PARTE SUPERIOR As∅3/4" S = 36∅ = 36 ∗ 1.91 = 68.76 USAR ∅3/4"@0.70 0.0018*78*1.45