CAPÍTULO III CRITERIOS DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN. En este capítulo se hace referencia a las normas establecidas en el Reglamento de

Transcripción

1 CAPÍTULO III CRITERIOS DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN 3.1 INTRODUCCIÓN En este apítulo se hae reerenia a las normas estableidas en el Reglamento de Construión del Distrito Federal del 2004 en uanto a los riterios que se deben tomar en uenta para el dimensionamiento de elementos superiiales de imentaiones de onreto armado. Además de esto, se hará reerenia a la teoría general orrespondiente al diseño de vigas de onreto, debido a que, en su seuenia de álulo para estos temas, hay oneptos que son omunes entre sí ómo lo son: apaidad de arga, espesor, ator de arga, uerza ortante, punzonamiento y momento lexionante. 3.2 CAPACIDAD DE CARGA Antes de iniiar ualquier diseño de una imentaión, es neesario onoer la apaidad de arga del suelo. Diho dato se reporta en el estudio de meánia de suelos que se debe realizar en el terreno donde se vaya a imentar. 3.3 ESPESOR (H) Al diseñar una zapata, lo primero que debe haerse es estimar el espesor a utilizar en estos elementos, el ual usualmente se propone. 24

2 Figura 3.1 Determinaión del espesor (h) 3.4 PRESIÓN NETA DE DISEÑO DEL TERRENO (r n ) Este onepto se reiere a la apaidad resistente del suelo para resistir argas netas provenientes de las olumnas, después de haber tomado en uenta el peso propio de la zapata y del suelo sobre ésta PESO PROPIO DEL SUELO (P PS ) Las variables que intervienen en este onepto son las siguientes: - Fator de arga (F ): El ual se determina on base en la ombinaión de argas a la que esté sujeta la zapata. 25

3 - Peso volumétrio del suelo ( s ): Este dato se obtiene del estudio de meánia de suelos. - Proundidad de desplante de la zapata (D ): Este dato también se obtiene de la meánia de suelos, ya que aquí se determina a qué proundidad se enuentra un estrato estable para la imentaión - Espesor total de la zapata (h): Dato que se supone al prinipio del diseño. P ps F s ( D h) Figura 3.2 Peso propio del suelo (P ps ) PESO PROPIO DE LA ZAPATA (P PZ ) Para el álulo de este valor intervienen las siguientes variables: - Peso volumétrio del onreto reorzado ( ): - Peralte total de la zapata (h): Dato supuesto on anterioridad 26

4 P pz F h Figura 3.3 Peso propio de la zapata (P pz ) Con la presión de diseño del terreno ( t ), la ual se obtiene de la meánia de suelos, se determina la reaión neta del terreno (r n ), on la siguiente órmula: r n t P ps P pz 27

5 Figura 3.4 Reaión neta del terreno 3.5 FUERZA CORTANTE DE DISEÑO COMO VIGA ANCHA (V U ) Dentro del análisis de las zapatas, hay que determinar el ortante rítio (V CR ) y el ortante último (V u ) para determinar sí el espesor propuesto es aeptado o se hae un nuevo tanteo. El ortante rítio que neesite el onreto simple (V CR ) se alula en unión del peralte eetivo, anho de la zapata (que se toma igual a un metro), porentaje de aero de reuerzo por lexión (el ual asi siempre será el porentaje mínimo (p min ), ya que, usualmente, en el diseño inal, el reuerzo por lexión orresponde al reuerzo mínimo). La resistenia del onreto a usar es: V CR F R bd * ( p) Para el ortante último, es neesario determinar la distania rítia (x), la ual será igual a la longitud del volado menos el peralte eetivo medido desde el paño de olumna. 28

6 Una vez determinada esta nueva distania sólo se multipliará por la reaión atuante en el suelo (r a ) y se tendrá el ortante último (V u ). V u r a a d Figura 3.5 Cortante último 3.6 PUNZONAMIENTO Este tipo de alla se genera por la peroraión de la olumna sobre la base de la zapata generando una uerza (V u ). Para poder obtener este valor, es neesario determinar lo siguiente: 29

7 3.6.1 DETERMINACIÓN DEL PERÍMETRO CRÍTICO (b o ) Esta es la seión que alla por punzonamiento. En la igura 3.5 se india el perímetro rítio el ual queda determinado por: b o 2 1 d 2 d Figura 3.6 Perímetro rítio por punzonamiento 30

8 Figura 3.7 Perímetro rítio DETERMINACIÓN DEL ÁREA CRÍTICA POR PUNZONAMIENTO (A ) Una vez determinado el perímetro rítio (b o ), sólo hay que multipliar éste por el peralte eetivo, para así obtener el área rítia por punzonamiento. A d d * d DETERMINACIÓN DE LA FUERZA CORTANTE ÚLTIMA POR PUNZONAMIENTO (V u ) La obtenión de esta uerza se da de la dierenia que hay entre la uerza atuante (P u ) y el produto de la reaión atuante del suelo multipliada por las dimensiones en el perímetro rítio, omo se expresa en la e. 3.8 V P r d u u a 1 2 d 31

9 3.6.4 CÁLCULO DEL ESFUERZO POR PUNZONAMIENTO (v u ) El esuerzo que se genera por el punzonamiento no es más que la relaión entre la uerza antes alulada (V u ) y el área rítia (A ). v u V A u V CR ( punzonamiento) Donde el V CR es igual a: V CR = F R * F R * F R = 0.8 para (CM + CV) 0.7 para (CM + CV + CA) Sí V CR v u se aepta el peralte propuesto < v u debe aumentarse el peralte 3.7 MOMENTO FLEXIONANTE (M) La seión rítia en una zapata aislada se onsidera a partir del paño del apoyo, omo se muestra en la igura

10 Figura 3.8 Momento máximo en la seión rítia para una zapata aislada El momento lexionante en la seión rítia es: M u r a a NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CIMENTACIONES. Para poder haer un diseño orreto de una imentaión superiial (zapatas y losas), es neesario tomar en uenta todos aquellos aspetos estableidos dentro del Reglamento de Construión del Distrito Federal otubre 2004 (RCDF). Los aspetos más sobresalientes de este reglamento se menionan a ontinuaión. 33

11 3.8.1 FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA Las argas nominales (P) deben aumentarse mediante un ator de arga (F ) para eetos de diseño. Existen dos asos: a) Combinaión de argas vivas y muertas F CM+CV = 1.4 b) Combinaión de argas vivas, muertas y aidentales F CM+CV+CA = FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA Los atores de reduión de resistenia orrespondientes a la apaidad de arga de las imentaiones superiiales se determinaron a partir de estimaiones analítias o pruebas de ampo en donde se determina lo siguiente. Se usará un F R = 0.35 ante ualquier ombinaión de aiones (CM + CV ó CM + CV + CA) en la base de la zapata de ualquier tipo en la zona I, zapatas de olindania desplantadas a menos de 5 metros de proundidad en las zonas II y III. Y para los demás asos se utilizará un F R = Donde: Zona I: Lomas ormadas por roas o suelos generalmente irmes. Zona II: Transiión, donde los depósitos proundos se enuentran a 20 m. de proundidad, o menos, y que está onstituida predominantemente por estratos arenosos y limos arenosos interalados on apas de arilla laustre. Zona III: Laustre, integrada por depósitos de arilla altamente ompresible, separados por apas arenosas on ontenido diverso de limo y arilla. Estos atores sólo se apliarán a la apaidad de arga neta de las imentaiones. Los atores de reduión de resistenia para el diseño de elementos de onreto son los siguientes: 34

12 a) F R =0.9 para lexión. b) F R =0.8 para ortante y torsión. ) F R =0.7 para transmisión de lexión y ortante en losas o zapatas RESISTENCIA A COMPRESIÓN DEL CONCRETO Para poder determinar el ortante rítio por punzonamiento, así omo el índie de reuerzo y el porentaje de aero a utilizar en el elemento, es neesario determinar los siguientes parámetros: a) b) * : resistenia nominal del onreto a ompresión. '' : magnitud del bloque equivalente de esuerzos del onreto a ompresión. Estos valores dependen de la resistenia espeiiada del onreto, y se determina on las expresiones siguientes: * ' '' * ' Para 280 kg/m 2 * * ' Para 280 kg/m Notas Ténias Complementarias para Diseño y Construión de Cimentaiones. 35

13 3.8.4 FUERZA CORTANTE QUE TOMA EL CONCRETO (V CR ) La determinaión de este valor estará on base en el porentaje de aero que se utilie. Sí p < V CR F R bd *' ( p) Sí p V CR * 0.5FRbd RECUBRIMIENTO NECESARIO EN CUANTO A LA COLOCACIÓN DE CONCRETO El reubrimiento libre que se utilizará no será menor que el diámetro de la varilla que se esté utilizando ni menor que: a) En olumnas y trabes 20 mm. b) En losas 15 mm. En uanto al reubrimiento para la proteión ontra la orrosión el reubrimiento en vigas, trabes y ontratrabes no será menor que el valor dado en la tabla 3.1. En losas y muros y elementos preabriados el reubrimiento no será menor de 0.75 vees al indiado en la tabla 3.1. Tabla 3.1 Reubrimiento libre mínimo requerido en milímetros Resistenia a la ompresión espeiiada (kg/m 2 ) Clasiiaión de la exposiión A

14 A B B C 70* 65* 60* * Se requiere emplear un ontenido de emento Pórtland no menor de 350 kg/m 2 y una relaión agua/emento que no exeda 0.4 Tabla 3.2 Clasiiaión de las exposiiones Superiies y ambiente de exposiión a) Superiies de miembros de ontato on el terreno 1) Protegida por una membrana impermeable 2) En suelos no agresivos 3) En suelos agresivos 1 b) Superiies de miembros en ambientes interiores 1) Enerrado totalmente dentro de un ediiio, exepto por breve periodo de exposiión al ambiente durante la onstruión 2 2) En ediiios o sus partes donde los miembros pueden estar sujetos a humedeimientos y seado repetidos 2 ) Superiies de miembros no en ontato on el terreno y expuestos a ambientes exteriores 3 que son: 1) No agresivos 2) Ligeramente agresivos 3) Agresivos d) Superiies de miembros en agua 4 1) En ontato on agua dule (dura) En agua dule on presión (dura) En agua dule orriente (dura) 2) En ontato on agua dule (suave) En agua dule on presión (suave) En agua dule orriente (suave) 3) En agua on más de ppm de loruros: - Sumergida permanentemente - En zonas on humedeimiento y seado e) Superiies de miembros en otros ambientes: En ualquier ambiente de exposiión no desritos en los anteriores inisos Clasiiaión de la exposiión A1 A2 D A1 B1 A1 B1 B2 B1 B2 B2 B2 D D B2 C D 37

15 1 Se deben de onsiderar agresivos los suelos permeables on ph < 4.0 ó on agua reátia que ontiene más de un gramo de iones de sulato por litro. Suelos rios en sales on ph entre 4 y 5 deben onsiderarse omo lasiiaión de exposiión C. 2 Cuando se emplee en apliaiones industriales, se deben onsiderar los eetos sobre el onreto de los proesos de manuatura que allí se realien; en tales asos se puede requerir una relasiiaión de la exposiión a D. 3 La rontera entre los dierentes ambientes exteriores depende de muhos atores los uales inluyen distania desde la uente agresiva, vientos dominantes y sus intensidades. 4 Para estableer las araterístias de dureza del agua se requiere analizarla. Usualmente las imentaiones es ostumbre desplantarlas sobre una plantilla de onreto pobre de 5 m. de espesor, la ual hae las uniones del reubrimiento de proteión ontra orrosión y, entones, se onsidera el reubrimiento normal de una losa. 38

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