Hasta este punto de la guía se han diseñado las cimentaciones desde el punto de vista de la mecánica de los suelos.
El estudio de la mecánica de los suelos es básico para realizar el diseño de las fundaciones, debido a que hay elementos en el suelo que pueden llegar a afectar el diseño de las mismas como lo son:
- El tipo de suelo (cohesivo, granular, mixto, entre otros).
- La variación de los estratos.
- Las propiedades físicas y mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna).
- La ubicación del nivel freático.
- Capacidad portante.
- Asentamiento y expansividad.
Todos estos elementos han sido estudiados en las fases previas.
Ahora bien, es necesario realizar el diseño de las fundaciones desde el punto de vista estructural. La selección del tipo de fundación a utilizar depende casi exclusivamente de la magnitud de las cargas provenientes de la estructura y de la capacidad de soporte del suelo. Existen las fundaciones superficiales y profundas (directas e indirectas). Dentro de las fundaciones superficiales se encuentran las zapatas aisladas, las zapatas combinadas y las losas de fundación, y dentro de las fundaciones profundas están los micro pilotes, los pilotes y las pilas.
Esta guía solo está enfocada en el diseño de zapatas aisladas, ya que son las más sencillas y económicas de todas las fundaciones. Son de carácter puntual ya que soportan las columnas individuales, generalmente constituidas por dados de concreto de planta cuadrada aunque ocasionalmente pueden hacerse rectangulares o circulares. Estas fundaciones soportan las siguientes solicitaciones: aplastamiento, flexión, corte y punzonado.
A continuación se muestran los pasos necesarios para diseñar una zapata de manera fácil y sencilla.
1) Análisis de carga
P = Cp + Cv.
Donde:
CP = Carga permanente.
CV = Carga variable.
2) Determinación de área requerida a partir de la capacidad de carga admisible del suelo.
Al cálculo del área se le aplica un factor de seguridad el cual depende de la profundidad de desplante por lo que la formula resulta:
3) Una vez determinada al área de la fundación se calcula uno de sus lados para el caso de fundaciones cuadradas.
4.1) Mayoración de cargas (Pu)
Pu = 1.2 CP+ 1.6 CV
4.2) En base a estas cargas y al área se calcula un esfuerzo ultimo (σu)
4.3) En bases que soportan pedestales de concreto, los planos críticos de flexión son los tangentes al área cargada. En caso de pedestales cuadrados por simetría solo basta tomar uno de los lados para calcular el momento último (Mu).
5) Calculo de la altura útil (d) --> altura que debe tener la zapata para resistir las cargas.
Para conocer el valor de μ ser debe entrar a la tabla con el valor de w = 0.18 para garantizar la ductilidad.
Tomamos w = 0.18 para asegurar la ductilidad de la sección con lo que obtenemos μ = 0.1448
6) Verificación por corte (Vu)
7) Esfuerzo de corte en el concreto (Vu)
Como se dijo anteriormente las bases no se arman por corte, lo que implica que el corte mayorado (Vu) será resistido solamente por el concreto.
8) Verificación del punzonado (Vu)
9) Chequeo del esfuerzo de corte por punzonado
Donde:
10) Diseño del acero de refuerzo
Otra manera de diseñar una zapata aislada es a través del manual MINDUR, dicho manual contiene unas tablas, las cuales dependiendo de la capacidad de carga admisible del terreno, de la resistencia del concreto (f’c), la resistencia a la fluencia del acero y la carga que soportará la fundación ofrecen datos de gran relevancia como los lados y altura de la base, los lados del pedestal, la cantidad y el diámetro de acero que necesita la fundación, entre otros.
A continuación se muestra los pasos para el diseño de una fundación a través del manual MINDUR.
1) Se busca la tabla correspondiente a los datos.
Para entrar a la tabla se incluye el peso propio de la fundación a diseñar para lo cual se mayora la carga en un 5%
Pdiseño = 1.05 P
En la línea correspondiente a Pdiseño se hayan las características de la fundación a diseñar.
2) Chequeo de la altura útil por esfuerzo cortante
Se asume una altura útil (d) de 22.5 cm
2.1) Como losa armada en dos direcciones
2.2) Como viga
En donde:
3) Diseño por flexión
3.1) Momento
Se asume Pu = 1.55 P
Donde:
3.2) Armadura
En donde:
3.3) Longitud de las cabillas:
En donde:
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