Cimentaciones

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Cimentaciones

Con Pc  0 ; Presión Bruta del Suelo:

Pc  qadm A P Pr esion neta  c A 2680 

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de cimentaciones

• Área del cimiento se calcula con Presión Bruta < qadm • Momento y Cortante en el cimiento: con presión neta Con el área definida, se diseña con cargas mayoradas:

qnu 

1.4D( estructural )  1.7L A

qnu 

0.75  ( 1.4D  1.7L  1.7W ) A

• Carga Servicio  Carga mayorada/1.6 qnu puede ser mayor que qa • Factor de Seguridad de qa ~ 2.5 – 3.0 Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de cimentaciones

Arequerida

DL  qa

Arequerida

D  L W  1.33  qa

qa : Presiones de contacto admisibles (se calculan con factores de seguridad entre 2.5 y 3.0)

ó

Arequerida

DLE  1.33  qa

Evaluar cargas en este nivel, incluir peso del cimiento y sobrecarga

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de cimentaciones

As  0.005Ag columna

La longitud de bastones o db debe ser suficiente para suministrar longitud de desarrollo a barras a compresión a ambos lados de la superficie de contacto.

Superficie de contacto Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Cimiento para Muros Eje del muro. Plano de análisis si se trata de un muro de concreto. Plano de análisis para flexión del cimiento, si se trata de un muro de mampostería

Plano de análisis para cortante del cimiento

Se puede plantear una solución tipo viga T invertida:

Se toma una luz de tallo y con un momento  (WL2)/12

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas Aisladas

Transmisión de esfuerzos de la columna a la zapata: a. Presión de contacto en la base de la columna a la parte de la zapata en compresión bajo ella b. Transmisión del esfuerzo que traen las varillas al concreto de la zapata (longitud de anclaje) Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas Rectangulares

Se hace diseños en ambas direcciones

La NSR-98 especifica que una parte del refuerzo total se distribuye en una franja centrada sobre el eje de columnas igual a la longitud del lado corto de la zapata As en la franja =

2 As total en el sentido menor  1

Lado Largo   Lado Corto

L

1 1 2  ( a  a1 )  A   a  a1   A 2 4 L1 

A L

Se buscan 2 Voladizos iguales

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas  Cuando intervienen cargas concentradas muy grandes, el cortante y no la flexión controla el diseño.

Mecanismo de falla en zapatas y losas con acción en 2 direcciones

 El mecanismo de falla por cortante en las losas de la zapata es semejante al de las losas de pisos.

Pirámide de Falla

 fc= Esfuerzo directo de compresión  f2= Esfuerzo lateral de compresión  f3= Esfuerzo vertical de compresión  o= Esfuerzo cortante vertical

Estado Triaxial de Esfuerzos

Por esto la capacidad en cortante de una losa sujeta a cargas concentradas es más alta que la de una viga Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas

a.) Para Zapatas, acción en 2 direcciones: fc'  2   c   1  6   c 

c 

Lado largo de la columna Lado corto de la columna

fc'   s  d   c   1  6  2  bo 

c 

fc' 3

b.) Para Vigas:

c 

fc' 6

 f' V d c   c  17.1 w  u  7 Mu 

   0.3  f ' c  

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas

• Diseño: C.11.1 a C.11.5 • Sección crítica a “d” de la cara de la columna.

1. Acción Viga

2. Acción de 2 direcciones (punzonamiento)

• Diseño: C.11.12.2 a C.11.12.6 • Sección crítica: bo mínimo, pero no menor a d/2

Resistencia de diseño del concreto a esfuerzos de contacto (aplastamiento) no deben exceder:   0.85  f '  A c

1

  0.70 A1  Área cargada

Si hay pedestal, multiplicar por

A2  2.0 A1

A2 – Área de la base inferior del máximo tronco de la pirámide. Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas

• Cara de la columna, pedestal o muro. • Sección crítica a “d” de la cara de la columna.

Refuerzo en ancho de banda 2  Refuerzo total en cimentación   1

Ancho de banda con refuerzo especial Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas

 Cuantía mínima: min =0.0018 en ambas direcciones [C.15.4.5]  Orientar gancho hacia el centro de la columna.  Colocar estribos según C.21.4.4 en la porción embebida dentro de la zapata o losa.  Colocar refuerzo superior en zapatas de columnas que resistan tracción por sismo.

 Espesor mínimo [C.15.7]:

• 15 cm por encima del refuerzo inferior para zapatas sobre suelo. • 30 cm para zapatas sobre pilotes. Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas

fc    0.85  fc'  A1

Multiplicar por

A2  2.0 si área del apoyo es mayor A1

 Si hay transmisión de momentos, usar C.12.17 (empalmes de columna)

Vn  0.2  fc' Ac Vn    5.5MPa

Avf  fy   Ac



:coeficiente de fricción (1.4 – 0.6)

Avf Ac

:Área de refuerzo por fricción :Área de sección de concreto que resiste fricción.

fy  420 Mpa Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Diseño de Zapatas



min = 0.005

 Extender barras  Colocar Dovelas

DES

DMO

DMI

L/20

L/30

L/40

Separación máxima entre barras 30cm ó d/2 ó b/2 Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas • Presiones permisibles del terreno. • Cargas Reales de servicio.

• Con cargas mayoradas.

• Fuerzas Mayoradas. • El cortante y el momento se calculan con la presión neta del suelo que se obtiene sustrayendo el peso propio de la cimentación y la presión total del suelo.

Acción de

• Viga  viga ancha  sección crítica: a través del ancho • En dos direcciones  Cortante por penetración  sección crítica: perímetro bo. Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas





   Pnb    0.85  fc'  A1 No exceder  '   P  2    0 . 85  f nb c  A1 





Columna Soportada Zapata de Apoyo

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas 1. Elementos rígidos. 2. El suelo que las soporta consta de capas elásticas, es decir, la distribución de presiones del suelo es uniforme

• PD = 160 Ton • PL = 125 Ton • Sobrecarga = 488 k/m2 • Peso propio del suelo y concreto sobre la base de la zapata = 2080 k/m3 • Capacidad de carga Terreno = 22 T/m2 •Dimensiones columna = 75cm x 30cm

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas • Peso total de la sobrecarga: 2080  1.5  0.488  3.61Ton m2 • Capacidad neta del terreno: 22  3.61  18.39 Ton m2 • Área base zapata:

Af 

160  125 P   15.5m2 usar 4.0m x 4.0m 18.39 

 Se usan las cargas de servicio! • Cargas factorizadas y reacción del terreno debida a estas:

U  1.4  160  1.7  125  436.5 Ton qs 

U 436.5   27.287 Ton m2 Af 16

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas Cálculo del peralte: (Depende de la resistencia a cortante, sin refuerzo) Suponer h=85cm ; d=70cm 1. Acción Viga

Vu  Vn



Vu    0.53  fc'  bw  d



Vu  27.28  1.85  0.7  4  125.5 Ton



bw  400 cm



Vu  0.85  0.53  210  400  70 1000  182.8 Ton 125.5 Ton  182.8 Ton

OK!

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Zapatas 2. Acción en 2 direcciones

Vu   Vn

 4    fc'  bo  d    0.954  fc'  bo  d Vu    0.265   2  c   fc' c  6

 2    1   c  

fc' c  6

  d   1  s  2  bo  

fc' c  3

 1.1 fc'  bo  d

bo  2  75  70  2  30  70  490cm

 c  75 30  2.5



Vu  0.85  0.265  2  4



 210  490  70 1000 2.5 369.9 Ton  403.4 Ton OK!

 d  70cm OK! Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapatas Diseño del refuerzo:

1.852 Mu  27.28  4   186.73 Ton 2 Mu k bd2 min losas  0.0018  As    b  d • Revisión del desarrollo: Transmisión de la fuerza en la base de la comuna: 1.

Resistencia de aplastamiento en la columna

fc'  350 k cm2 (columna)

  Pnb    0.85  fc'  A1   0.70  0.85  350  30  75  468.6 Ton Pu  436.5 Ton  468.6 Ton

OK!

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Zapatas 2.

Resistencia al aplastamiento del concreto en la zapata

fc'  210 k cm2

;

A2  2.0 A1

As min de bastones entre columna y zapata:

As min  0.005  75  30

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Zapatas con carga axial y momento flector

M H h e P

 max min

P  6e    1   LB  L 

 Ejemplo: • Col 30 x 30 (4#5 + 4#4) • P =30 Ton • M =6 T-m • adm =1.0 Kg/cm2 • f’c = 21 Mpa • fy = 260 MPa Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapata Combinada

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Zapata Combinada

• Columna exterior 30 x 25 • Columna interior 65 x 25 • L=5.0 m • adm =1.0 Kg/cm2 • f’c = 21 Mpa • fy = 420 MPa

P1=40 Ton P2=85 Ton

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Zapata Combinada

Centro de gravedad de las columnas:

85  5  85  40  x



x  3.40m

1  L  3.40  0.125  3.425  L  3.525  2  7.05m 2 Cargas: • De Columnas • Peso propio concreto (15%) Carga Total = Área de Cimentación=

 neta 

144  14.4m 2 10

125 Ton 29 Ton 144 Ton



B

14.4 ~ 2.05m 7.05

125  8.65Ton 2 m 7.05  2.05 Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapata Combinada

• Diseño Longitudinal : La carga bajo el cimiento en Ton/m2 = 8.65 x 2.05 = 17.73 Ton/m Con este valor se obtienen los siguientes diagramas de cortante y momento para diseño:

KN

KN-m

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Zapata Combinada

• Diseño Transversal : Es usual colocar vigas transversales bajo las columnas. Viga bajo columna exterior: • bviga = 0.25  0.52  0.77m 40  19.512 Ton • qt = m 2.05

Vborde  19.512  0.85  16.585 Ton Vu  1.75  16.585  28.19 Ton 28195  7.18 k cm2 77  51 19.512  0.852   7.05 T  m 2 Mu  11.98 Ton  m

u  M borde

As  8.46cm 2

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Cimentación con Viga de Contrapeso

Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Cimentación con Viga de Contrapeso

Se busca volver uniformes las reacciones del terreno bajo la zapata aislada excéntrica. Si se vuelve uniforme la reacción del terreno bajo la zapata excéntrica, la resultante de reacciones R1 estaría aplicada en el centro de b, y la carga P1 produce un momento de volcamiento P1*e, que se compensará con una carga contrapeso DR, que puede ser parte de la carga de la columna adyacente P2 o un contrapeso independiente vinculado por medio de la viga de contrapeso y que tendría un brazo (L-e).

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Cimentación con Viga de Contrapeso

 P1  e  Ru  L-e  Ru 

P  e

R1    b  c    P1  Ru

 

R2    a   P2  Ru

1

L - e 

En la Zapata Exterior: • Se adopta b, se halla e.

• Se halla Ru

2

Md  Ru  L  d 

Momento para viga de contrapeso al borde de la zapata exterior

• Se halla c 

 P  R 1

u

 b P1 … carga de la columna mas peso propio del cimiento Diseño de hormigón armado II – Escuela de Ing. Civil - UIS

Cimentación de profundidad • Trabajo de Punta

Por su función

• Trabajo por fricción • Trabajo Combinado

Por su fabricación

Se diseña como

• Fundidos in-situ • Prefabricados

• Columna Corta • Columna esbelta: según confinamiento del estrato

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Cimentación de profundidad

Eficiencia: 84%

Eficiencia: 80%

Eficiencia: 80%

Eficiencia: 78%

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Cimentación de profundidad

• Zapata aislada sobre pilotes de concreto de  60cm .

• Columna de 40x75 (20#5 A-37) ; P=200 Ton. • Separación de pilotes: 1.5   1.5 x 60 = 90 cm. • Carga de trabajo pilotes: 60 Ton/Pilote • f’c

= 21 Mpa

• fy

= 420 MPa

1.

Diseño Pilote: Cargas: • De Columnas • Peso propio

200 Ton 20 Ton Carga Total =

220 Ton

220  3.67  4 Pilotes, se tiene en cuenta eficacia para 4 pilotes. 60 220  55 Ton Carga por Pilote: 4 # de Pilotes:

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Cimentación de profundidad

2.

Diseño de la zapata 

Predimensionamiento:

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Cimentación de profundidad

 Flexión:

M borde  2Pilotes  55  0.55  60.5 Ton  m  Mu  1.7  M d

  0.00255

Mu  89cm ; h  105cm bk ; As  0.00255  240  89  54.47cm 2

As min  0.0020  240  105  50.4cm 2 2 0# 3 @ 1 2 am bas direcciones  Cortante:

1 Vd / 2   2   55  55 Ton 2 Vu  1.7  55  93.5 Ton

u 

9350  7.10 kg 2    c cm 148  89

 Presión al contacto: fb adm  1.7  200 Ton  A fb   0.113     0.85  fc'  2  2    fc' 400  75 cm 2  A1 

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