Este documento discute el predimensionamiento de elementos de cimentación como zapatas y vigas. Explica cómo calcular el espesor, peso propio del suelo y de la zapata, presión neta de diseño del terreno, fuerza cortante de diseño y área crítica por punzonamiento. También describe tipos comunes de fallas en cimentaciones como falla general por corte, local por corte y por corte punzonado.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE JAÉN
CURSO:
TEMA:
INTEGRANTES:
ESTRUCTURACIÓN Y
CARGAS
ZAPATAS Y VIGAS DE
CIMENTACIÓN
 GAMONAL CHINGUEL, wiliam
 LIZANA CUSQUISIBAN, Cintia Stefani
 NEYRA AGUILA, Erick Brayan
 QUISPE JIMENEZ; Franklin Willan
 VARGAZ VÁSQUEZ; Jorge Gustavo

2. Para elaborar un diseño adecuado de cimentaciones superficiales ( zapatas y
columnas) se tiene que tener un adecuado conocimiento de diseño de estructuras,
buscando de esta manera que las edificaciones sean rígidas y estables.
De alguna manera en este trabajo hará referencia al diseño de cimentaciones
superficiales, así como también el tipo de fallas (patologías) que se presentan en
ellas y por ultimo que cargas se presentan.
A continuación se dan a conocer los criterios mencionados con anterioridad,
esperando sea de entendimiento para el lector.
PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN

3. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS DE
CIMENTACIÓN
2. PRESION NETA DE DISEÑO DEL TERRENO (rn)
Este concepto se refiere a la capacidad resistente del suelo para resistir cargar
netas provenientes de las columnas, después de haber tomado en cuenta el
peso propio de la zapata y del suelo sobre ésta.
1. ESPESOR(H):
Al diseñar una zapata lo primero que debe hacerse es estimar el espesor a
utilizar en estos elementos, el cual usualmente se propone.

4.  Factor de carga(Fc): el cual se determina con base en la combinación de cargas a la que
este sujeta la zapata.
 Peso volumétrico del suelo(𝛾𝑠): Este dato se obtiene del estudio de mecánica de suelos.
 Profundidad de desplante de la zapata(Df): Este dato también se obtiene de la mecánica
de suelos, ya que aquí se determina a que profundidad se encuentra un estrato estable
para la cimentación.
 Espesor total de la zapata(h): Dato que se supone al principio del diseño.
2.1 PESO PROPIO DEL SUELO (P PS)
𝑃 𝑝𝑠 = 𝐹𝑐 𝛾𝑆(𝐷𝑓 − ℎ)

5.  Peso volumétrico del concreto reforzado(𝛾𝑐):
 Peralte total de la zapata(h): Dato supuesto con
anterioridad.
2.2 PESO PROPIO DE LA ZAPATA (𝑷 𝑷𝒁)
Con la presión de diseño del terreno (𝑓𝑡), la cual se obtiene de la
mecánica de suelos, se determina la reacción neta del terreno
(𝑟𝑛), con la siguiente fórmula:
𝑟𝑛 = 𝑓𝑡 − (𝑃𝑝𝑠 + 𝑃𝑝𝑧)
𝑃𝑝𝑧 = 𝐹𝑐 𝛾𝑐ℎ

6. Esta es la sección que falla por punzonamiento. En la figura se indica el
perímetro critico el cual queda determinado por:
2.3 FUERZA CORTANTE DE DISEÑO COMO VIGA ANCHA (𝑽 𝑼):
Dentro del análisis de las zapatas, hay que determinar el cortante crítico (𝑉𝐶𝑅) y el cortante ultimo
(𝑉𝑢) para determinar si el espesor propuesto es aceptado o se hace un buen tanteo.
El cortante critico que necesite el concreto simple se calcula en función del peralte efectivo, ancho
de la zapata, porcentaje de acero de refuerzo por flexión.
𝑉𝐶𝑅 = 𝐹𝑅 𝑏𝑑 0.2 + 20𝑝 𝑓′
𝑐
Para el cortante ultimo, tenemos que determinar la distancia critica(x), la cual es igual a la longitud
del volado menos el peralte efectivo medido desde el paño de columna.
𝑉𝑢 = 𝑟𝑎(𝑎 − 𝑑)
2.4 DETERMINACION DEL PERIMETRO CRÍTICO (𝒃 𝒐):
𝑏 𝑜 = 2 𝑐1 + 𝑑 𝑐2 + 𝑑

7. 2.6 DETERMINAION DEL AREA CITICA POR PUNZONAMIENTO (𝑨 𝒄):
Una vez determinado el perímetro crítico (𝑏 𝑜), solo hay que multiplicar éste por el peralte
efectivo, para asi obtener el área critica por punzonamiento.
𝑨 𝒄 = 𝟐 𝒄 𝟏 + 𝒅 𝒄 𝟐 + 𝒅 ∗ 𝒅
2.7 DETERMINACION DE LA FUERZA CORTANTE ÚTIMA POR
PUNZONAMIENTO (𝑽 𝒖):
La obtención de esta fuerza se da de la diferencia que hay entre la fuerza actuante (𝑃𝑢) y el
producto de la reacción actuante del suelo multiplicada por las dimensiones en el perímetro
crítico como se expresa a continuación
𝑽 𝒖 = 𝑷 𝒖 − 𝒓 𝒂 𝒄 𝟏 + 𝒅 𝒄 𝟐 + 𝒅

8. TIPO DE FALLAS EN ZAPATAS Y VIGAS DE
CIMENTACIÓN
Las fallas por capacidad se producen cuando el terreno tiene una capacidad de
carga inferior a las cargas impuestas. Este tipo de fallas sucede cuando se
construye sobre rellenos no compactados o con un nivel bajo de compactación,
cuando se colocan fundaciones superficiales en un terreno de baja capacidad de
soporte, cuando las fundaciones son pilotes que no alcanzan terreno firme, entre
otros.
TIPOS DE FALLAS POR CAPACIDAD:
1. FALLA GENERAL POR CORTE
2. FALLA LOCAL POR CORTE
3. FALLA POR CORTE PUNZONADO

9. Patrón de falla bien definido (cuña de suelo y dos superficies de deslizamiento continuo dentro
del terreno), la superficie de deslizamiento se inicia en el borde de la cimentación y que
avanza hasta la superficie del terreno. La falla es violenta y catastrófica.
Generalmente ocurre en suelo “incompresibles”, en suelos granulares densos y cohesivos de
consistencia dura a rígida.
FALLA GENERAL POR CORTE

10. En este tipo de falla existe una marcada tendencia al bufamiento del suelo
a los lados de cimentación, y además la compresión vertical debajo de la
cimentación es fuerte y las superficies de deslizamiento termina en algún
punto dentro de la misma masa del suelo.
FALLA LOCAL POR CORTE

11. Patrón de falla en este caso no es fácil de observar “a medida que se incrementa la carga, se
comprime el suelo inmediatamente debajo de la zapata produciendo desplazamiento vertical”.
El Suelo fuera del área permanece prácticamente inalterado y no se produce rotación. La fundación
se asientan mediante pequeños movimientos verticales repentinos.
FALLA POR CORTE PUNZONADO

12. • Desplazamientos verticales
 Los desplazamientos verticales que pueden darse por
el incremento en los esfuerzos efectivos y por cambio en
el contenido de humedad del suelo.
• Asentamiento por incremento de esfuerzos
• Asentamiento por cambio en el contenido de humedad.
FALLA EN LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES

14.  . Se sabe que la forma de presiones depende del tipo de suelo (ver
figura) pero estas variaciones se pueden ignorar considerando que a
cuantificación numérica de ellas es incierta y porque su influencia en las
fuerzas y momentos de diseño de la zapata son mínimas:

15. PRESIÓN DE CONTACTO
 Sabemos que el esfuerzo o mejor en este caso la presión de contacto,
esta dada por una carga dividida por el área en que ella actúa.
 En el caso de tener cargas acompañadas de momentos provenientes de
la superestructura, la presión de contacto no se ejerce de una manera
uniforme sino que presentará un valor máximo para el lado del momento y
un valor mínimo para el otro lado.

16. Recordando la ecuación de esfuerzos dados por
flexión en una viga y sumando estos esfuerzos a
los axiales tenemos:

17. EMPUJE EN ZAPATAS
 ¿Se puede considerar el empuje en cimentaciones ejecutadas mediante
zapatas aisladas? Tengo el caso de una zapata sometida a un esfuerzo
de corte en la base del pilar, principalmente, y las dimensiones que
obtengo despreciando dicho empuje en el estado límite de deslizamiento
son enormes.

18. FOTOGRAFIAS EN CAMPO

19. Conclusiones
• Las cimentaciones superficiales frecuentemente usadas en las
construcciones sufren un conjunto de daños generados por diferentes
factores que mencionamos.
• Estos factores modifican la geomorfología de los suelos ocasionando
fisuras, grietas, rajaduras, oxidaciones, desprendimientos, degradaciones,
etc. debilitando poco a poco los elementos del edificio en contacto con el
terreno como son las cimentaciones.
• Las cimentaciones se ven perjudicadas por la acción de cargas que
afectan directamente al suelo, generando así fallas en zapatas y vigas de
cementación.
• Un mal estudio de suelos, genera con el pasar del tiempo, fallas en las
estructuras.
• En las cimentaciones convencionales, no siempre se ha podido afrontar
las distintas situaciones adversas que los suelos contaminados,
empobrecidos, expansivos y otros afectan la funcionalidad y durabilidad
de los cimientos.

20. Recomendaciones
Es preciso mencionar que este sistema por ser relativamente nuevo en
nuestro medio requiere de un mayor estudio del comportamiento y de
manera complementaria proponer soluciones de tratamientos para
limitar aun más las transferencias de sales, humedad y otros para que
el sistema enfrente las adversidades venideras con el tiempo, en
resumen podemos mencionar.
 Para afrontar los efectos de los suelos con los problemas
mencionados han llevado a usar diversos tipos de cimentaciones.
 Se debe realizar las cimentaciones para las construcciones de
edificios, siempre y cuando se tenga un estudio previo de mecánica
de suelos.
 Se debe seguir un adecuado seguimiento cuando se realizan las
cimentaciones.

21. Bibliografía
• www.slideshare.net/mariaedurans/temas-5-y-6-capacidad-de-carga-del-suelo-
consolidacin-y-esfuerzo-cortante.
• http://detallesconstructivos.cype.es/CSZ002.html
• http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/4137
/TESIS.pdf?sequence=1
• /www.construmatica.com/construpedia/Punzonamiento#Descripci.C3.B3n_Ampli
ada