Diseño de zapata corrida con carga excéntrica – Excel

By Ing. Luis Colmenarez
diseño de zapata corrida con carga excentrica

El diseño de zapatas continuas es uno de los aspectos más importantes de cualquier proyecto de construcción. La zapata soporta los cimientos y soporta todo el peso de la estructura. Cometa un error en el diseño o la construcción de la zapata, y los resultados podrían ser desastrosos.

Zapata continua

Zapata continua o corrida
Zapata continua o corrida

El propósito de las zapatas continuas

La zapata proporciona una base de soporte plana estable que distribuye el peso de la carga de la estructura en el suelo circundante. La distribución del peso se extiende a través del suelo a medida que aumenta la distancia desde la zapata. Por esta razón, la textura del suelo es crucial para el éxito de cualquier diseño de zapata rectangular o continua.

El suelo que rodea inmediatamente la zapata es el área más crucial y también es generalmente el área más dañada. Cuando se altera el suelo durante la excavación de la zapata, se cambia la textura del suelo y se introduce aire. Esto reduce la capacidad de carga del suelo. Por esta razón, el suelo debe estar bien compactado antes de verter una base de concreto. Esto se puede hacer con un compactador de placa vibratoria, un compactador de gato saltador o agregando tierra, arena o grava para crear la consistencia adecuada.

El suelo no compactado conduce a asentarse en los cimientos de la estructura. Esto puede llevar a

  • yeso agrietado
  • albañilería
  • paneles de yeso
  • incluso falla estructural si el desplazamiento es severo

La grava de 1/2 pulgada o más grande a menudo se usa como base para el relleno durante el diseño de zapata rectangular y continua. El tamaño de la piedra asegura que el concreto mantenga contacto con la roca y crea una base autocompactante que es capaz de soportar la zapata.
 Los diferentes tipos de suelos, como rocas sedimentarias, arena, grava, limo y arcilla, tienen diferentes presiones de carga. La prueba del suelo a menudo se requiere antes de que pueda continuar el proceso de diseño de zapatas. Se puede usar un penetrómetro de mano en el sitio para evaluar la capacidad de presión del suelo.

El suelo que es incapaz de soportar una carga mayor se puede compensar instalando una base más ancha. Si la base se extiende más allá de la pared de la estructura a una distancia mayor que el grosor de la base, el concreto puede agrietarse. Las dimensiones apropiadas del concreto son cruciales para proporcionar una base estable. El software de diseño de zapatas rectangulares y continuas a menudo se usa para calcular dimensiones flotantes precisas para diferentes tipos de suelo, tamaños estructurales y requisitos de refuerzo de acero. Los cálculos precisos proporcionados por el software aseguran una baja distribución adecuada y una integridad estructural.

Ejemplo de Diseño de una base de zapatas de hormigón armado y esparcido para soportar un muro continuo utilizando el código ACI

La declaración del problema dice:

Diseñe una base de hormigón armado para soportar una pared dados los siguientes parámetros de diseño:

Ancho de la pared: 20 pulgadas
Carga muerta de la pared, incluido el peso propio: 25 k / ft
Carga viva de la pared: 20 k / ft
Distancia desde la pendiente final hasta la base de la base: 6 pies
Peso normal del concreto
Resistencia a la compresión del concreto: 4 ksi
Resistencia al rendimiento de refuerzo: 60 ksi
Presión de suelo permitida: 5 ksf
Peso unitario del concreto: 150 lb / ft 3
Peso unitario del suelo: 100 lb / ft 3

diseño de zapata continua 1

El primer paso es asumir una profundidad para la altura de la base, h, basada en la experiencia previa y el juicio de ingeniería.

El segundo paso es encontrar el peso de la zapata, W f , que es igual a la profundidad de la zapata multiplicada por la unidad de peso del concreto.

diseño de zapata continua 2

El tercer paso es encontrar el peso del suelo en la parte superior de la zapata, W s , que es igual a la distancia desde la pendiente final menos la profundidad de la base de la zapata multiplicada por la unidad de peso del suelo.

diseño de zapata continua 3

El cuarto paso es calcular la presión efectiva del suelo en la parte inferior de la zapata, p e . Es igual a la presión permisible del suelo menos el peso de la base de la base menos el peso del suelo sobre la base.

diseño de zapata continua 4

El quinto paso es calcular el ancho requerido de la zapata por unidad de longitud de la pared. Es igual a la suma de la carga viva y muerta no factorizada dividida por la presión efectiva del suelo. Después de encontrar el ancho requerido, se selecciona un ancho de diseño redondeando el ancho requerido al pie más cercano.

diseño de zapata continua 5

El sexto paso es determinar la carga factorizada, P u , según las combinaciones de carga ASCE 7. Es igual a 1.2 veces la carga muerta más 1.6 veces la carga viva.

diseño de zapata continua 6

El séptimo paso es calcular la presión ascendente neta por unidad de longitud de la pared, q u , y esto es igual a la carga factorizada dividida por el ancho de diseño de la base de la zapata.

diseño de zapata continua7

El octavo paso es determinar la profundidad efectiva requerida para la base de la zapata en base a la cizalladura unidireccional. La sección crítica para zapatas con flexión unidireccional se encuentra a una distancia igual a la profundidad efectiva lejos de la cara de la columna o pared. Al establecer la fuerza de corte permisible igual a la fuerza de corte máxima factorizada en la sección crítica, se puede encontrar la profundidad efectiva mínima requerida. La fuerza de corte permisible es igual a dos veces el factor de reducción de resistencia multiplicado por lambda por la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión del concreto multiplicado por la longitud de la pared de la unidad multiplicada por la profundidad efectiva según el Código ACI 318-11 Sección 11.2.1.1. La fuerza de corte máxima factorizada es igual a la presión neta hacia arriba multiplicada por la longitud de la pared de la unidad multiplicada por la distancia desde la sección crítica hasta el borde de la zapata. Después de encontrar la profundidad efectiva requerida, se puede encontrar el diseño efectivo, y es igual a la profundidad total menos la cubierta de concreto menos el diámetro de la barra de refuerzo primario dividido por dos. Es fundamental asegurarse de que la profundidad efectiva del diseño sea mayor o igual que la profundidad efectiva requerida.

diseño de zapata continua 8
diseño de zapata continua 9
diseño de zapata continua 10
diseño de zapata continua 11
diseño de zapata continua 12
diseño de zapata continua 13

El noveno paso es calcular el momento flector máximo, M u , que ocurre en la cara de la pared. Dado que la zapata se comporta de manera similar a una viga en voladizo, el momento de flexión máximo es igual a la presión neta hacia arriba multiplicada por la longitud de la pared de la unidad multiplicada por la distancia desde la cara de la pared hasta el borde de la escuadra al cuadrado.

diseño de zapata continua 14

El décimo paso es resolver la relación de acero requerida y el área de acero. La relación de acero que rige se puede encontrar eligiendo la relación de acero a la flexión más grande requerida, la relación de acero a la flexión mínima requerida y la relación de acero a la contracción mínima requerida. El área de acero es igual a la relación de acero requerida multiplicada por la longitud de la pared de la unidad multiplicada por la profundidad efectiva de diseño. Dado que el tipo de barra de refuerzo ya se conoce, la separación de las barras se puede encontrar fácilmente y es igual a 12 veces el área de la sección transversal de una sola barra dividida por el área de acero requerida.

diseño de zapata continua 15
diseño de zapata continua 16
diseño de zapata continua 17
diseño de zapata continua 18
diseño de zapata continua 19

El undécimo paso es verificar la longitud de desarrollo del refuerzo primario. La longitud de desarrollo requerida es igual al esfuerzo de resistencia del refuerzo multiplicado por el factor de ubicación de la barra multiplicado por el factor de recubrimiento multiplicado por el diámetro de la barra de refuerzo dividido por el producto de 20 veces lambda por la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión del concreto. igual a la distancia desde la cara de la pared hasta el punto de corte de la barra. Si la longitud de desarrollo real es mayor o igual que la longitud de desarrollo requerida, entonces la longitud de desarrollo es satisfactoria. Si la longitud de desarrollo real es menor que la longitud de desarrollo requerida, entonces la longitud de desarrollo no es satisfactoria.

diseño de zapata continua 20
diseño de zapata continua 21
diseño de zapata continua 22

El último paso es diseñar el refuerzo secundario que sea igual a la relación de contracción mínima requerida de acero por el ancho de la base de la unidad por la profundidad total de la base de la base. Después de elegir el tipo de barra de refuerzo de acero secundario, se puede determinar el espacio y es igual a 12 veces el área de la sección transversal de una sola barra secundaria dividida por el área de contracción requerida.

diseño de zapata continua 23

Descarga Excel para diseño de zapata corrida con carga excéntrica AQUÍ