UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FILIAL LIMACIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS CONECTADAS Y EXCENTRICASDOCENTE: DR. ING. ANDRS CSAR PANTOJA MARN

CURSO DE TITULACION EN INGENIERIA CIVIL

Se opta por esta solucin cuando se tiene una columna ubicada en un limite de propiedad que dispone de una zapata excntrica y que por la condicin de carga la zapata presenta excentricidades muy elevadas en la zona que colinda con el limite de propiedad y generalmente definen diagramas de presiones triangulares con zonas a traccin en la zapata, que exige unirla a la zapata interior mediante una viga muy rgida.CIMENTACIONES CONECTADAS

Esta viga de conexin permite evitar los desplazamientos horizontales, disminuye el efecto de los asentamientos diferenciales y soporta el momento debido a la excentricidad de la carga axial de la columna y la reaccin del suelo que se produce en la zapata excntrica.

Es indudable que el tipo de suelo define la cimentacin que tendremos que plantear como solucin a la cimentacin; por ejemplo para un suelo con capacidad portante 0.5 a 1.0 kg/cm2, sus valores definen en gran medida el tipo de cimentacin a usar y el nmero de pisos de la edificacin, porque cada piso adicional representa carga adicional.Es una solucin econmica cuando la distancias entre ejes de columnas son mayores a 6 m.

CONSIDERACIONES DE DISEOEl modelo estructural considera a dos zapatas una excntrica ubicada en el limite de propiedad, que ser diseada bajo la condicin de presin uniforme del terreno. El momento que se genera por la excentricidad entre la carga axial de la columna y la resultante de las presiones del suelo de cimentacin, ser resistido por la viga de conexin rgida que une las dos columnas, impidiendo que esta gire. Sobre la cual la zapata excntrica trabaja apoyada como una losa en voladizo; por lo que se dimensionara alargada respecto a la direccin transversal de la viga de conexin; de esta forma la zapata exterior transmite al suelo una presin uniforme, producida solamente por la reaccin del suelo de cimentacin sin excentricidad.

Esta viga de conexin tiene que ser muy rgida para que sea compatible con el modelo estructural supuesto. La nica complicacin es la interaccin entre el suelo y el fondo de la viga, se recomienda que la viga no se apoye en el terreno, para que no sea necesaria evaluar la reaccin del suelo sobre la viga de cimentacin, de manera que solo resista su peso propioSi el ancho de la viga no es significativa 30 40 cm, este problema es de poca importancia para el anlisis.

El dimensionamiento de la viga de conexin se pueden obtener a partir de las siguientes expresiones:

h = L1/7,

Dimensionamiento de la viga de conexion

donde:L1 : distancia entre ejes de las columnas exterior e interior. P1 : carga de servicio en la columna exterior.

Dimensionamiento de la zapata excntricaLa zapata exterior trabaja apoyada sobre la viga de conexin como una losa alargada transfiriendo toda su carga a la viga de conexin, actuando la zapata como una losa en voladizo a ambos lados de ella. Se dimensiona en planta considerando una dimensin transversal igual a 2 2.5 veces la dimensin en la direccin de la excentricidad.

Viga de conexinSe analiza como una viga doblemente articulada a las columnas exterior e interior, que soporta la reaccin neta del terreno en la zapata exterior y su peso propio.Zapata InteriorSe disea como una zapata aislada, pudindose considerar el cortante a la derecha del eje de la columna interior. El diseo de cortante por punzonamiento se realiza tomando en consideracin la influencia de la viga de conexin, luego d/2 se medir a partir de la cara de la viga de conexin.Modelo Estructural

Este tipo de cimentacin se dispone cuando una columna se ubica en un limite de propiedad y se dispone como una solucin al diseo de la cimentacin, cuando la excentricidad es moderada y se defina compresin en toda la cimentacin.CIMENTACIONES EXCENTRICA

En la solucin a) se trata de un sistema en el que la resultante R es excntrica respecto al cimiento, generndose un diagrama no uniforme de presiones como respuesta del terreno. La diferencia de tensiones a lo largo del cimiento provoca, a travs de asientos diferenciales de un borde al otro, el giro del cimiento. Como la columna se supone elsticamente empotrado en el cimiento, sufre un giro igual y aparece un par de fuerzas T, una a nivel de la viga del 1er nivel y otra en la superficie de contacto entre la zapata y terreno. Por lo tanto representara una solucin siempre que podamos manipular la excentricidad y la podamos controlar haciendo que esta tenga un valor moderado permitindose en la cimentacin presiones a la compresin en toda su rea.

La solucin c) corresponde a la situacin en que la cimentacin se analiza como si fuera una zapata aislada, se presenta como solucin si la dimensin de la zapata en la direccin transversal es grande, lo cual por lo general es antieconmico y no representa una solucin coherente al diseo de la cimentacin.

El caso b) es el modelo que se presenta a continuacin representara una solucin tcnica siempre que se nos permita manipular la excentricidad e, definida por la carga axial y la reaccin del suelo de cimentacin en la zapata y la podamos controlar haciendo que esta tenga un valor moderado; esta situacin implicara que podemos incrementar las dimensiones de la columna de tal forma que la rigidez de la columna sea lo suficientemente rgida que permita controlar la rotacin de la zapata y la obligue a trabajar apoyada sobre sta.

El modelo estructural propuesto considera a la cimentacin empotrada en al base y la columna del primer nivel articulada en la viga del primer nivel.Por lo tanto la viga del primer nivel deber disearse adicionalmente para la fuerza a la traccin, que se obtendr de:El modelo tambin exige que la columna del primer nivel sea verificada a la flexo compresin, para el par de valores de (P, M1-1), donde M1-1 es el momento flector que generan las fuerzas y presiones debajo de la cimentacin en la seccin 1-1, luego:

M1-1 = Re H hz = Pe Thz = Pe Pe hz = Pe Lc = Pe h Lc + hz 1 + s Siendo: s = hz/Lc

Por lo tanto si el modelo estructural permite controlar la rotacin de la zapata y mantener la diferencia de presiones a un valor inferior al 1 kg/cm2, entonces se puede considerar que la presin en la cimentacin es uniforme y podemos disear la cimentacin bajo presin uniforme.CONSIDERACIONES DE DISEO1) Dimensionamiento de la zapataSe pueden utilizar las siguientes expresiones:Area de la zapata: Az = Ps1/n => Az = T x b, T = 2b Altura de la zapata:

Donde: hz = altura de la zapata b = ancho de la zapata ko = coeficiente de balastro del terreno E = modulo de elasticidad del concreto

2) Determinacin de la diferencia de presionesCuando: D = 1 2 1 kg/cm2 => La diseamos como zapata aislada con presin uniforme.La diferencia de presiones se puede determinar a partir de:

Donde => Abaco de la figura No 1.

Donde: s = hz/Lc p = Ekc ==> ko Iz

Siendo: E = 1500 fc kg/cm2 , Kc = t1 t2^3 12 Lc Iz = t b^3 12Diseo de la zapataEn la direccin de la excentricidad.- La zapata la diseamos considerando un diagrama de presiones uniforme.

En la direccin transversal.- Similarmente consideramos un diagrama de presiones uniforme.