Zapatas Con Carga Excentrica
Zapatas Con Carga Excentrica
Zapatas Con Carga Excentrica
Comprobación a vuelco
Esta comprobación no se realizará más que en los
casos en los que la estructura que se sustenta
pudiera volcar en su conjunto.
Se utilizan las cargas sin mayorar. N
H M
Momento de Vuelco = Md+(h·Hd)
Md = Momento mayorado (γE =1,8)
Hd = Carga horizontal mayorada (γE =1,8; 1,2 si la
h
acción es extraordinaria)
Nd = Carga vertical minorada (γE =0,9) A
PP = Peso de la zapata A·B·h·g·2500kg/m3
Coeficiente de seguridad al vuelco:
A
(Nd + PP)
γ vuelco = 2 que deseamos mayor de 1,5
Momento de vuelco
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Verificación estructural de zapata rígida (V<2h) para el caso
general de carga excéntrica en una dirección.
N
H M
h
A
Cálculo estructural
Para el cálculo deben obtenerse, a partir de las
leyes de tensiones, las fuerzas resultantes en cada
mitad de la zapata.
• Dichas fuerzas resultantes estarán aplicadas
sobre el centro de gravedad del prisma de
tensiones para cada mitad de la zapata.
• N1d y N2d se obtendrán como el volumen de
los prismas. Bastará con obtener N1d.
2
Para ello, primero debe calcularse la tensión en la A/2 A/2
mitad de la zapata σm, mediante geometría: σtmáx σtmin
σm
Para zapata sin despegue:
σ − σ min
σ m = σ min + máx
2 X
A/2 A/2
Para zapata con despegue:
X−A/2 σtmáx σm
σ m = σ máx
X
A partir de este valor, puede calcularse el volumen y
la posición del centro de gravedad del prisma
correspondiente al lado de mayores tensiones. A/2 B
Obteniendo así N1d y x1.
x1
A partir de esos valores, se obtiene la tracción en la σtmáx σm
armadura de la zapata:
N
Td = 1d (x 1 − 0,25·a )
0,85d
Para el caso de carga centrada todo se simplifica
mucho, pudiendo utilizar directamente la fórmula:
N /2
Td = d (0,25A − 0,25·a )
0,85d
Siendo d el canto útil d = h-recubrimiento-Ø/2
3
Longitudes de anclaje
Las longitudes de anclaje en zapatas rígidas deben ser mayores que las flexibles. La
longitud de referencia se toma a partir del punto de doblado de las barras y debe ser
mayor que:
1/3·lb 10 Ø 15 cm
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Verificación estructural de zapata flexible (V>2h) para el caso
general de carga excéntrica en una dirección.
N
H M
h
A
5
Si no hay despegue:
va+0,15a
A - ( v a + 0,15a)
σ t = σ t min + (σ tmáx - σ t min ) σtmáx σtmin
A σt
Si hay despegue:
X - ( v a + 0,15a)
σt = σ tmáx
X va+0,15a X
A partir de las tensiones, obtenemos el momento σtmáx σt
flector en la sección S1.
Para obtener el momento flector en la sección S1,
debemos obtener la fuerza equivalente a las
tensiones que se dan desde la sección S1 hasta el
borde donde tenemos σtmáx, esta fuerza equivalente
estará aplicada en el centro de gravedad de la
sección, por tanto deberemos:
Calcular el volumen total del prisma de base B
trapezoidal correspondiente y altura B. Ese va+0,15a
volumen será equivalente a una fuerza Rd.
Calcular la posición del centro de gravedad σtmáx σt
de dicho prisma. A la distancia de dicho
centro de gravedad a la sección S1, la
llamaremos bd.
El momento flector de cálculo será:
Mad=Rd·bd.
Para la dirección perpendicular se haría de igual
modo, sin embargo, se suele dejar el armado igual
en las dos direcciones, por tanto no sería necesario.
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0,306·B·d·fcd
A stracc = + A scomp
f yd
Para evitar problemas, utilizar el S.I: (N y m)
Comprobación de cortante
Para ello se deben utilizar las tensiones obtenidas con
las cargas mayoradas.
La sección de cálculo de cortante será aquella que se
encuentre a una distancia d del pilar, En la sección S2.
d = h-recubrimiento-Ø/2
Se obtendrá la fuerza equivalente de igual modo que
se hizo para la sección S1.
Calcular el volumen total del prisma de base
trapezoidal correspondiente y altura B. Ese
volumen será equivalente a una fuerza Vd.
El cortante resistido por la sección de la zapata es
Vcu = fcv ·B·d
Dónde fcv = 0,12·ξ·(100·ρ·fck )1 / 3 (fck y fcv en N/mm2)
200
Siendo ξ = 1 + con d en mm
d
As
ρ= > 0,02. Si es menor, se tomará 0,02. va-d B
B·d
La comprobación a cortante será Vd<Vcu.
Si no cumple, debemos aumentar el canto de la σtmáx σt
zapata o aumentar armadura. Preferiblemente lo
primero.
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Comprobación a punzonamiento
Para ello se deben utilizar las tensiones obtenidas con
las cargas mayoradas.
En zapatas con vuelos grandes, puede darse el fallo
por punzonamiento. Para ello, debemos obtener el
perímetro crítico:
u=2·(a+b+2·π·d)
El esfuerzo de punzonamiento es el que actúa fuera
de ese perímetro y debe calcularse como el volumen
del “prisma de tensiones” que queda fuera de esa
zona. El volumen de la figura resultante, para zapatas
con momentos es muy complicado, por lo que sólo
podremos hacerlo a mano:
• Con cargas centradas
• Con momentos bajos que podamos despreciar.
Así, el esfuerzo es fácil de calcular:
Fsd = σ t [A·B - ((a·b + 4·d·a + 4·d·b) + π·(2d)2 )]
La tensión en el perímetro crítico será: Valores de β
β·Fsd
τ sd = Con el valor de β según la tabla. Sin momentos 1,00
u·d
Zapata central 1,15
La tensión máxima admisible se calcula con la
fórmula: Medianera 1,40
200
Siendo ξ = 1 + con d en mm.
d
As
y ρ=
B·d
Debe cumplirse entonces que τsd< τrd.
Si no cumple, debemos aumentar el canto de la
zapata o aumentar armadura.
Longitudes de anclaje
Las longitudes de anclaje en zapatas flexibles se deben tomar desde el punto 0, a
distancia d de la sección de cálculo. Y debe ser mayor que:
1/3·lb 10 Ø 15 cm
Aunque esta distancia no llegue al borde de la zapata, para ser doblada, se
prolongará siempre hasta allí.
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Verificaciones en zapata de medianería.
Excentricidad
Las zapatas de medianería pueden asimilarse a
zapatas con una carga centrada y un momento, la N e’
única diferencia es que ahora, al momento en la base H
del pilar debemos sumarle el momento causado por el M
descentre de la carga vertical e’. h
Para calcular la excentricidad total: A
En el cálculo de tensiones sobre el terreno
M + h·H + N·e'
e= Equivalente a:
N + PP
En el cálculo estructural (mayorando cargas y
N
eliminando el peso propio): H M+N·e’
Md + h·Hd + N d ·e'
e=
Nd
h
A partir de aquí, si no consideramos viga centradora,
A
todo se haría igual que para las zapatas con pilar
centrado.
N1+N2+PP1+PP2=R1+R2
Equilibrio de momentos respecto al eje del pilar 2: PP2
M1+M2+N1·L+ PP1·(L-e’)=R1·(L-e’) A2
Siendo L la distancia entre pilares.
R2
De este modo, se obtienen las reacciones R1 y R2.
Que, dividiendo entre la superficie de cada zapata,
nos darán las tensiones sobre el terreno.
9
R1 R2
σ t1 = σ t2 =
A 1·B1 A 2 ·B 2
Debe comprobarse que no sobrepasen la tensión
admisible del terreno y que no sea negativa σt2.
Sección para cálculo de viga cent.
Cálculo de esfuerzos en la viga centradora
Para el cálculo de la viga centradora se considera la N1 e’
sección que la une con la zapata de medianería. Para
esa sección debe calcularse el momento flector Mf y M1
el cortante V. PP1
Mf=N1·(A1/2+e’)+M1-(R1-PP1)A1/2 A1
V=R1-PP1-N1
R1
Para obtener los valores de cálculo, Mfd y Vd, deben
mayorarse Mf y V, multiplicándolos por el coeficiente
correspondiente (γE =1,6; 1,0 si la acción es
extraordinaria).
10
Obtención de las barras
Partiendo de un Ø inicial. El área de cada barra será: áreaØ = π (Ø/2) 2
A
Obteniendo el número de barras n: n = que, lógicamente, se redondeará al
área Ø
número entero superior.
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Módulo de balasto.
Concepto de módulo de balasto
Para una cimentación elástica, siempre que la carga
se mantenga por debajo de determinados valores, es
aplicable la proporcionalidad entre tensiones en el
terreno σ y asientos “y” del siguiente modo:
σ=K·y
La constante de proporcionalidad K es el módulo de
balasto, con unidades de peso específico.
Esto es una simplificación: la curva presión-asiento,
sin embargo, no es lineal. K es la pendiente de esa
curva.
Por lo tanto, K, realmente no es una constante del
terreno.
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Diseño de zapata combinada rígida (cargas centradas).
Dimensionado del cimiento
Se considera una distribución lineal de tensiones, de
modo que la tensión admisible del terreno debe
cumplir para un primer predimensionado,
considerando un peso propio de la zapata de 10%:
1,1·(N1 + N2 )
σ adm =
A·B
N1 y N2 son las cargas de los pilares.
A y B son las dimensiones de la zapata.
Para un dimensionado correcto se debe intentar que
el centro de gravedad de la planta de la zapata
coincida con el punto de aplicación de la resultante de
las cargas de los soportes. Considerando esto, se
calcula la posición de la resultante respecto al primer
pilar.
N1+N2=R
N2·L=R·x
R es el valor de la resultante.
L es la distancia entre pilares.
x es la distancia de la resultante al primer pilar.
Conocidos estos valores, es sencillo deducir los
vuelos para que R pase por el centro de la zapata.
A A
v1 = - x ; v 2 = + x - l
2 2
Obtención del canto:
El canto lo obtendremos de las condiciones que se exigen para considerar a la zapata
suficientemente rígida:
π π π
l ≤ l e ; v1 ≤ l e ; v 2 ≤ l e
2 4 4
4·E·I
le = 4
l e es la denominada longitud elástica de valor K·B
K es el módulo de balasto del terreno.
E es el módulo de elasticidad del hormigón (puede tomarse 2,3·107 KN/m2).
I es el momento de inercia de la sección del cimiento
B·h 3
I= para una sección rectangular.
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También debe cumplirse la condición de que la estructura sea suficientemente rígida
con respecto al terreno con la condición:
E E ·IB
Kr = ≥ 0,5
E S ·B 3
EE es el módulo de deformación global de los materiales que constituyen la estructura
completa.
Es es el módulo de deformación del terreno.
IB es el momento de inercia de la estructura completa, por metro de ancho.
B es el ancho de la cimentación.
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Para evitar la comprobación a punzonamiento deberemos asegurarnos también de
que:
v<2h para cualquiera de los vuelos.
N1 + N2 + PP
≤σ adm
A·B
Con las cargas sin mayorar.
Cálculo a flexión
Obtención de la tensión de cálculo
Con cargas mayoradas y sin considerar peso propio
N1d + N2d
σt =
A·B
El cálculo se realiza como si de vigas de hormigón
armado se tratase para las dos dimensiones.
Armadura longitudinal
Los esfuerzos se obtienen de considerar la zapata
como una viga apoyada en dos pilares.
La armadura resultante se suele colocar corrida en
toda la longitud del cimiento para simplificar la
ejecución.
Armadura transversal
El cálculo puede realizarse de manera aproximada
considerando la carga concentrada en una banda de
la anchura a+2h alrededor del pilar. Por tanto, se
consideraría una ménsula de longitud B/2 con una
sección (a+2h)xh.
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Mad - Mmin 1
A scomp = ·
d - recubrim sup f yd
0,306·B·d·fcd
A stracc = + A scomp
f yd
Para evitar problemas, utilizar el S.I: (N y m)
Comprobación de cortante
Para la obtención del cortante de cálculo, debe
obtenerse el diagrama correspondiente, considerando
la zapata como viga apoyada en dos pilares.
Las secciones de cálculo de cortante serán aquellas
que se encuentren a una distancia d de los pilares.
d = h-recubrimiento-Ø/2 (ó d=h-recubr, simplificando)
El cortante resistido por la sección de la zapata es
Vcu = fcv ·B·d
Dónde fcv = 0,12·ξ·(100·ρ·fck )1 / 3 (fck y fcv en N/mm2)
200
Siendo ξ = 1 + con d en mm
d
As
ρ= > 0,02. Si es menor, se tomará 0,02.
B·d
La comprobación a cortante será Vd<Vcu.
Si no cumple, debemos aumentar el canto de la zapata.
Comprobación a punzonamiento
No es necesaria al ser zapata rígida (v<2h)
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