Aca se presenta un determinado estudio o investigación para el diseño de una zapata aislada.
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Descripción: Diseño de Zapatas continuas mediante excell
Descripción: procedimiento constructivo de una zapata aislada
CALCULO ESTRUCTURAL DE ZAPATAS CORRIDASDescripción completa
zapatas
Descripción: zapata aislada
Calculo de una Zapata Rectangular con Metodo ACI y CBH
Protecciones el[ectricasDescripción completa
0 INDICE 1. 2. 3. 4. 5.
Objetivos Proyecto Normativa Definiciones Análisis a. Cálculos Previos i. Pre dimensionamiento de Zapata ii. Determinación de Fuerzas b. Definiciones i. Definición Geométrica ii. Definición De Materiales iii. Definición De Elementos c. Asignaciones i. Carga Axial ii. Fuerza Cortante iii. Momento Flector iv. Soportes 6. Resultado a. Fuerzas Actuantes b. Asentamientos 7. Diseño a. Cuadro De Elementos 8. Conclusiones
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OBJETIVOS
Esta memoria de cálculo tiene por finalidad mostrar el diseño de la cimentación tipo zapata aislada para la estructura metálica tipo torre que soportará las antenas para telecomunicaciones. Por ello se busca alcanzar los siguientes objetivos:
Mostrar un procedimiento racional para la determinación de los esfuerzos y desplazamientos.
Verificar que los resultados obtenidos están dentro de los límites normativos de vigencia nacional e internacional.
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PROYECTO
El proyecto ha sido concebido para instalar una torre cuadrada que se desplante en la superficie del terreno y alcance una altura de 36.00m, las caracter ísticas geométricas de la cimentación son:
La sub estructura o cimentación superficial será de tipo zapata aislada. Esta zapata tiene una forma cuadrada con dimensiones de 6.0m en cada lado, el peralte de la cimentación es de 0.80m.
El material de la zapata es concreto reforzado vaciado sobre un solado de 0.10m de espesor.
En la parte central de la zapata se tiene un mástil de 2.0m x2.0m y una altura de 0.60m.
La cimentación se desplantará a una profundidad de -0.40m del Nivel Terreno Natural NTN ± 0.00m
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NORMATIVA
Esta memoria de cálculo es la representación escrita de la evaluación estructural realizada siguiendo los lineamientos de las siguientes normativas:
REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES NTE E-020
NORMA DE CARGAS
NTE E-060
NORMA PARA EL DISEÑO DE CONCRETO ARMADO
Se aplicado estas normas en todo aquello que son congruentes con la metodología de la LRFD en el análisis y el diseño.
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DEFINICIONES
A continuación se presenta las principales definiciones de configuración estructural.
Zapata Aislada; Una zapata es un tipo de cimentación superficial (normalmente
aislada), que puede ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a compresión medias o altas. Consisten en un ancho prisma de hormigón (concreto) situado bajo los pilares de la estructura. Su función es transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura y anclarla.
Capacidad Portante; En cimentaciones se denomina capacidad portante a la
capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo.
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ANALISIS
Para esta etapa de la evaluación estructural se han utilizado las normas citadas en el punto tres (03) con el fin de conseguir las condiciones de carga a la que será sometida la estructura. A CALCULOS PREVIOS I PRE DIMENSIONAMIENTO DE ZAPATA
Para el pre dimensionamiento de la zapata se usaran los siguientes datos de carga.
Carga Máxima Transmitida al Terreno
50.0 tn
Carga de Arrancamiento
50.0 tn
Carga Axial
50.0 tn
Momento Flector
70.0 tn
Fuerza Cortante
50.0 tn
Estas cargas han sido redondeadas de las obtenidas del análisis de la torre. Ver Anexo 01. PRE DIMENSIONAMIENTO POR CAPACIDAD PORTANTE
Se deberá satisfacer la siguiente ecuación
= Donde: s= Esfuerzo F = Fuerza A = Área
De esta ecuación se puede despejar el área de la zapata dividiendo la fuerza vertical hacia abajo (Evaluación estructural de la torre) entre el esfuerzo (Capacidad portante – estudio de mecánica de suelos). Como ambos valores son conocidos. Reemplazamos y obtenemos:
= =
50 7 ⁄2
= 7.14 =√ = √7.14 = 2.67 ≈ 3.00 Este resultado es preliminar y solo representa un valor posible de solución.
PREDIMENSIONAMIENTO POR ARRANCAMIENTO
Se deberá satisfacer como mínimo la siguiente ecuación:
= 26.04 =√ = √26.04 = 5.10 ≈ 6.00 II DETERMINACION DE FUERZAS Y COMBINACIONES Las fuerzas a utilizar son las siguientes:
Pu
:
Fuerza Axial
Mu
:
Momento Flector
Vu
:
Fuerza Cortante
Para esta cimentación tipo zapata aislada se usará la combinación lineal de las fuerzas descritas sin coeficientes de amplificación. Es necesario recalcar que las fue rzas que se usarán provienen del análisis realizado a la torre metálica y ya están amplificadas siguiendo su propia normativa y procedimiento.
Combinación 01: Diseño de Zapata Pu + Mu
Combinación 02: Diseño de Pedestal Vu
Esta zapata será sometida a un análisis no lineal usando el software SAP2000. La magnitud de las fuerzas son:
Pu = 50.0 tn
Mu = 70.0 tn
Vu = 50.0 tn
B DEFINICIONES I DEFINICION GEOMETRICA
La geometría de la cimentación contempla la zapata y el pedestal con las dimensiones descritas en el numeral 2. Imagen 01: Geometría Propuesta
II DEFINICION DE MATERIALES
Los materiales a utilizar son el concreto f’c 210kg/cm2 y la albañilería . Las principales características de dichos materiales se citan a continuación: Cuadro 01 Propiedades de los Materiales Material
Peso Especifico
Concreto
2400 kg/m3
Módulo de Elasticidad 210,000 kg/cm2
Resistencia
210 kg/cm2
III DEFINICION DE ELEMENTOS
Para la realización de esta memoria de cálculo se ha utilizado el software SAP2000 consiguiendo la idealización de las secciones reales. Imagen 02 Definición de Zapata
Imagen 03 Definición de Pedestal
C ASIGNACIONES I CARGA AXIAL (Pu)
Esta carga se ha asignado homogéneamente en la parte superior del pedestal. Dado que el análisis ha requerido la partición de dicho elemento en 10 partes cada lado se ha asignado la carga mediante el siguiente arreglo.
=
50.0 1111
= 0.41 Este valor es el que se asignará a cada nodo de la corona del pedestal
II FUERZA CORTANTE (Vu)
La fuerza cortante se ha incluido por separado porque sus efectos recaen primordialmente en el pedestal, siendo este el único elemento que debe resistir el efecto de corte que esta fuerza produce.
III MOMENTO FLECTOR (Mu)
La asignación del momento flector se ha realizado convirtiendo los 70.0 tn-m a un par de fuerzas paralelas y en sentido opuesto de 50.0 tn distanciadas a 1.40m una de la otra IV SOPORTES
La zapata ha sido analizada considerando un módulo de balastro igual a 3.0 kg/cm3 por debajo de la zapata y en la dirección vertical.
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RESULTADOS
Para verificar el cumplimiento del primero de los dos (02) objetivos propuestos se ha desarrollado detalladamente los puntos anteriores. Para verificar el cumplimiento del segundo de los objetivos propuestos se verá en este numeral las operaciones de verificación que se realizan a cada elemento. A FUERZAS ACTUANTES
La imagen muestra 04 el diagrama de momento flector que se usará más adelante para el diseño de la zapata y la obtención del acero de refuerzo. Asi también muestra el cortante máximo a cada lado del pedestal. Imagen 04 Diagrama de Momento Flector
La imagen muestra que el momento máximo es de 16.42 tn-m y un cortante máximo de 8.9 tn.
VERIFICACION DE ZAPATA
Para determinar la cantidad de acero que requiere la zapata se procede a mostrar en la imagen 05 el diseño automático que realiza el software y luego se realiza una interpretación de la misma. Imagen 05 Diseño automático de la zapata
Del gráfico se obtiene que el acero requerido es 5.2 cm2 por cada cuadrado que forma la zapata. Si utilizamos acero de refuerzo Ø3/4 en doble malla tendríamos 5.7cm2 con lo que se satisface el requerimiento. Este refuerzo de acero ha sido tomado en la cara del pedestal, si se procede de igual forma hacia el perímetro de la zapata la cantidad de refuerzo decrece. Finalmente se recomienda como diseño de refuerzo de la zapata usar Ø3/4
distanciados @ 0.25m en ambas direcciones y en doble malla.
B ASENTAMIENTOS
Los asentamientos obtenidos para la zapata se muestran en la imagen 06. Imagen 06 Asentamientos
El desplazamiento obtenido es de 0.04mm con este resultado realizamos la siguiente operación:
0.1 ≪ 7 Para realizar esta verificación se ha tomado el valor de la capacidad portante presentada en el estudio de mecánica de suelos.
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DISEÑO
Luego de lo expuesto en el numeral seis (06) se evidencia que la sección propuesta para la zapata aislada y el pedestal es la requerida para aportar la resistencia ante esfuerzo y desplazamiento necesaria. Por ello se valida el desempeño de las secciones siguientes:
Elemento Zapata Aislada Pedestal
Cuadro 05 Propiedades de los Aceros Sección Cuadrada 6.0m x 6.0m Cuadrada 2.0m x 2.0m
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Material Concreto f’c 210Kg/cm2 Concreto f’c 210Kg/cm2
CONCLUSIONES
Se recomienda usar como refuerzo de la zapata barras de acero corrugado grado 60 con fy 4200kg/cm2 y diámetro Ø3/4 distanciados @ 0.25m en ambas direcciones y en doble malla.
Los asentamientos máximos obtenidos están por debajo de los límites permisibles, obteniéndose 0.04mm en la parte central de la zapata.
Se recomienda que el pedestal sea de sección transversal de 2.0 m x 2.0 m y una altura de 0.60m con refuerzo de acuerdo al plano adjunto.
