ANÁLISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD Y ENVOLVENTES DE DISEÑO
6.7 Análisis por cargas de gravedad de cada bloque y por nivel:
De acuerdo al capítulo IV en el punto 4.4.3 se tiene el metrado total de cargas que soporta cada nivel como es el siguiente:
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BLOQUE II:
BLOQUE III:
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► Diseño de Cimientos.
La función de la cimentación es transmitir con seguridad las cargas de las columnas, muros de corte o muros de contención al terreno; sin asentamientos laterales peligrosos para la estructura y sin exceder el esfuerzo admisible del terreno.
Para poder diseñar la cimentación de la estructura se debe adquirir la mayor información posible sobre las propiedades del suelo. Estas propiedades del terreno sobre el cual se piensa cimentar se obtienen a través de un estudio de mecánica de suelos. En la presente tesis se tienen los siguientes datos:
* Perfil del suelo : Tipo S2
* Presión admisible del terreno (qadm) : 27.93Tnf/m2.
* Peso unitario del suelo (γ) : 1.83 Tnf/m3.
* Angulo de fricción del terreno (Ф) : 29.77°
Tipos de Cimentación.
El tipo de cimentación apropiado para cada situación depende de varios factores entre los cuales se tiene: La resistencia y compresibilidad de los estratos de suelo, la magnitud de las cargas de las columnas, la ubicación de la napa freática y la profundidad de cimentación de las edificaciones vecinas.
Los tipos de cimentación son: Zapatas aisladas, combinadas y conectadas.
Las zapatas aisladas son generalmente cuadradas o rectangulares y representa la forma
más simple y económica de cimentación.
Las zapatas combinadas son aquellas que reciben las cargas provenientes de las
superestructura a través de dos o más columnas se usa cuando dos columnas están relativamente cercanas entre sí de modo que si fueran zapatas aisladas estas podrían traslaparse, también se usa cuando una columna exterior está en un límite de propiedad o muy cerca de modo que si se usara una zapata aislada esta resultaría con una excentricidad excesiva.
Las zapatas conectadas son aquellas que están unidas por una viga, la cual permite
controlar la rotación de las zapatas, en especial de una zapata excéntrica.
Condiciones generales para el Diseño.
El diseño de cimentaciones involucra las siguientes etapas:
* Determinación de la presión neta del suelo y dimensionamiento de la zapata. * Determinación de la reacción amplificada del suelo.
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* Verificación del corte por flexión y por punzonamiento. * Cálculo del refuerzo por flexión o refuerzo longitudinal. * Verificación de la conexión columna-zapata ó muro-zapata.
Según la NTE E-0.60, las zapatas deben dimensionarse para transmitir al suelo de cimentación una presión máxima que no exceda de la especificada en el estudio de la mecánica de suelos. Para este fin se tomaran cargas y momentos sin amplificar en la base de las columnas
Posteriormente, las solicitaciones transferidas al suelo se deberán verificar para las combinaciones de cargas actuantes sobre la estructura. Se podrá considerar, un incremento del 30% en el valor de la presión admisible del suelo de cimentación, para los estados de carga donde intervenga sismo, excepto que el estudio de suelos no lo permita.
► Diseño de Zapatas.
a).- Diseño por Fuerza Cortante y Punzonamiento.
El diseño de zapatas por fuerza cortante y punzonamiento en la cercanía de las columnas estará regida por la más severa de las siguientes dos condiciones:
► Fuerza Cortante: En este caso la zapata actúa como viga, con una sección critica
localizada a una distancia “d” de la cara de la columna debiéndose cumplir que:
► Punzonamiento: Se considera que la zapata actúa en dos direcciones, con una
sección critica localizada de tal forma que su perímetro “bo” sea mínimo, pero que no necesite aproximarse a más de “d/2” del perímetro del área de la columna, debiéndose cumplir que:
Donde βc, es la relación lado largo a lado corto de la columna y bo es el perímetro de
la sección crítica. El peralte de la zapata se controlará en base al diseño por corte y punzonamiento debiendo verificarse adicionalmente la longitud de anclaje de las barras de refuerzo longitudinal del elemento que soporta, empleando las siguientes ecuaciones:
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Donde db es el diámetro de la varilla de mayor área.
b).- Diseño por Flexión.
► El momento externo en cualquier sección de una zapata deberá determinarse
haciendo pasar un plano vertical a través de la zapata, y calculando el momento de las fuerzas que actúan sobre el área total de la zapata que quede a un lado de dicho plano vertical.
► Para el diseño por flexión se debe considerarse como secciones críticas las que se
indican a continuación:
1). En la cara de la columna, muro o pedestal si estos son de concreto armado. 2). En el punto medio entre el eje central y el borde del muro para zapatas que
soportan muros de albañilería.
► En zapatas armadas en una dirección (cimentaciones corridas) y en zapatas
cuadradas armadas en dos direcciones el refuerzo deberá distribuirse uniformemente a través del ancho total de la zapata.
► En zapatas rectangulares armadas en dos sentidos el refuerzo deberá considerarse
como se indica a continuación:
1). En la dirección larga el refuerzo se distribuirá uniformemente a través del ancho
total.
2). En la dirección corta se concentrara una porción del acero total requerido en una franja centrada respecto al eje de la columna cuyo ancho sea igual a la longitud del lado corto de la zapata.
Esta porción del acero total requerido será 2 / (R+1) veces el área total. Donde R es
la relación lado largo a lado corto de la zapata. El resto del refuerzo deberá distribuirse uniformemente en las zonas que queden fuera de las franjas así definidas
c).- Transmisión de fuerzas en la base.
Las fuerzas y momentos en la base de las columnas, muros y pedestales armados deberán transmitirse a la zapata a través del concreto y del refuerzo longitudinal que ancla en la zapata.
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El refuerzo de aplastamiento del concreto en la superficie de contacto entre el elemento
de apoyo y el elemento apoyado no deberá exceder a 0.85 Ø ƒc A1, excepto cuando la
superficie de apoyo sea más ancha en todos los lados que el área cargada, la resistencia
ultima al aplastamiento en el área cargada podrá multiplicarse por √ A2/A1 sin exceder
de 2.
Dónde: A1 es el área cargada y A2 es el área de la base inferior del mayor tronco de pirámide o cono recto, contenido totalmente en el apoyo, que tenga como base superior el área cargada y en el que la pendiente lateral este en razón de 1 vertical y 2 horizontal.
Para el edificio en análisis se consideraron diferentes tipos de cimentaciones como: zapatas conectadas y combinadas, las mismas que se desarrollan a continuación.
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7.1.1. DISEÑO DE ZAPATA AISLADA a).- AREA DE LA ZAPATA
Para calcular el área de una zapata aislada, se dividirá la carga que recibe, incrementada en un porcentaje entre el 1 y el 10%, la cual se considera como el peso de la zapata (carga de diseño), entre la capacidad de carga admisible del suelo de desplante.
b) PERALTE EFECTIVO
Como el peralte calculado por MOMENTO es normalmente menor que el necesario para resistir el corte, se multiplica d x 1.5 y se revisa al corte:
c). Fórmulas usuales en el cálculo de elementos de concreto reforzado
empleando la teoría elástica.
El cálculo del refuerzo necesario de la zapata por flexión se obtiene por la siguiente fórmula:
Para el cálculo del acero de refuerzo por temperatura:
Si el refuerzo por temperatura resulta mayor que el refuerzo por flexión, debe emplearse para el armado de la zapata el refuerzo por temperatura. La separación máxima del refuerzo por temperatura es de 30 cm.
Secciones y Armado de acero en zapatas (Bibliografía - Libro N°9)
Es = 2,100,000 kg/cm2
en donde:
Revisión por corte: Pero no debe ser menor que:
◄Módulo de elasticidad del acero
◄ Para concretos con WC entre
1,440 y 2,840 kg/cm2
◄ Para concretos con peso
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Se realiza el diseño de la zapata aislada ubicada entre los ejes D-D Y 20-20. Elemento PD (Tnf) PL (Tnf) Pservicio (Tnf) Pu (Tnf)
D-20 PD1 235.90 PL1 24.19 P1 260.09 P1U 321.78
7.1.2 PARAMETROS PARA DISEÑO
bc = 0.4 Ec =14000 √fc Ec = 02879.27 Kg/cm2
hc = 0.9
q Adm = 27.9 J = 0.8944
f'c = 210 k = 0.3167
f'y = 4200 K = 13.38 Kg/cm2
a).- Carga tota del diseño de la zapata
Pt = P x (1+(%P/100))
Pt = 321.78 x (1+(%6/100)) Pt= 341.09 Tnf
b).- Área para zapata
A =Pt/qadm
A =341.09 /27.9 A= 12.23 m2
c).- Ancho calculado para zapata
Ancho = √A Ancho = 3.50 m2
d).- Momento Flexionante
M = Sn(B*100)-bc/2
M = 2.59(3.7*100)-0.4/2 M = 11836.10 Tnf
/cm
e).- Peralte Mínimo
dmin = √Mx1000/Ex(Bx100) dmin = √11836.10x1000/13.38x(2.7x100) d min = 48.90 Cm f).- Peralte Efectivo Defecto.= 1.5 x dmin Defecto. = 1.5 x 48.90 d efecto. = 74.00 Cm dt = defecto. + recub. dt = 80.00 Cm