Zapata corrida con Safe

En este artículo se presenta el proceso de cálculo y diseño de una zapata corrida sujeta a fuerza axial y momento flexionante proveniente de cuatro columnas, para diversos patrones de carga y combinaciones de carga, se utiliza el software estructural CSI Safe.
Datos:
f’c=250 Kg/cm2
fy=4,200 Kg/cm2
qadm=3Kg/cm2
profundidad de desplante=2.00 mts
peso volumétrico del material=1,800 Kg/m3

1.- Vista en planta de las dimensiones propuestas de la zapata corrida y dimensión de las columnas

2.- Vista transversal de las dimensiones propuestas para la zapata corrida

3.- Condición de carga para la zapata corrida

4.- Al abrir el software Safe se selecciona un proyecto en blanco

5.- Se da click derecho del mouse y se accesa a Add/Modify Grids para definir los ejes de las zapata y las columnas

6.- Se definen los ejes con las medidas del marco rígido y las dimensiones propuestas de las zapatas aisladas

7.– Definición de los materiales
7.1.- Concreto: Se edita el concreto que viene definido por default y se modifica.

7.2.- Acero de refuerzo: Se edita el acero de refuerzo que viene definido por default y se modifica.

8.- Definición de la columna. Con Define-Column properties se define la columna que en este caso es de 50 x 50 cms.

9.- Definición de la zapata aislada: Con Define-Slab properties se define el espesor de la zapata que en este caso se propone de 60 cms.

10.- Se dibuja la zapata con Draw-Draw Slab/Areas

11.- Con Draw-Draw Columns se dibujan las columnas, antes de dibujar se debe de definir la dimensión Height Above de acuerdo a la profundidad de desplante de 1.50 mts

12.- Vista en 3D de la cimentación

13.- Definición de los patrones de carga: CM (Carga muerta), SCP (Sobrecarga permanente) y CV (Carga viva)

14.- Definición de las combinaciones de carga 1.2(CM+SCP)+1.6CV

15.- Haciendo click derecho del mouse sobre la primera columna se muestra el cuadro de diálogo de las propiedades donde se puede ver la pestaña Loads donde se asignarán las cargas y momentos

15.1.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga SCP

15.2.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga CV

15.3.- En el siguiente cuadro de diálogo se pueden verificar las cargas y momentos sobre la columna 1 para todos los patrones de carga.

15.4.- Se asignan los mismos valores de carga y momentos a la columna 4 y se verifican

15.5.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga SCP de la columna 2

15.6.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga CV

15.7.- En el siguiente cuadro de diálogo se pueden verificar las cargas y momentos sobre la columna 2 para todos los patrones de carga.

15.8- Se asignan los mismos valores de carga y momentos a la columna 3 y se verifican

16.- Definición del suelo. Se accesa a Define-Soil subgrade properties para definir el suelo

16.1.- Se asigna el módulo de balasto que para este caso es de 6 Kg/cm3

17.- Se asigna el suelo a toda la zapata, se selecciona la misma, luego se accesa al menú Assign-Support data-Soil properties, se selecciona SUELO y queda asignado a la zapata.

18.- Se dibujan los strips para la zapata 1, los strips permitirán efectuar el diseño del acero de refuerzo, se define 1 metro para los strips. Se tomará el Strip Layer A como el strip horizontal.

18.1.- La siguientes figuras muestran el trazo de los strip A para la zapata corrida

18.2.- Se define 1 metro para los strips. Se tomará el Strip Layer B como el strip vertical.

18.3.- La siguientes figuras muestran el trazo de los strip B para la zapata corrida

19.- Se procede a la carga del material de relleno de las zapatas, se selecciona la zapata 1 con click derecho del mouse, aparece un cuadro de diálogo y se procede a seleccionar la pestaña Loads
19.1.- Se selecciona la opción Surface Loads para asignar la carga del relleno sobre la zapata.

19.2.- La carga por m2 del relleno es: 1.0×1.0x1.4m(altura)x1,800Kg/m3=2,520Kg/m2
Se repite el mismo procedimiento para la zapata 2.

20.- Se definen las combinaciones de carga para diseño

21.- Se corre el modelo y se tiene lo que aparece en la siguiente figura.
21.1.- Revisión 1: Se revisan los asentamientos, se puede observar que son del orden de menos de 0.025cm, por lo que no existe problema alguno en este aspecto.

21.2.- Revisión 2: Se revisan las presiones sobre el suelo, las cuales no exceden de la capacidad de carga del suelo, por lo que no existe problema alguno en este aspecto.

21.3.- Revisión 3: Se revisa que no exista punzonamiento en las zapatas, en ambos casos los valores obtenidos son menores de 1, lo que indica que no existe problema alguno en este aspecto.

22.- Diseño por flexión
22.1.- Se da click izquierdo del mouse sobre el ícono Show Slab Design
22.2.-Se despliega el cuadro de diálogo para el diseño del strip A (armado vertical), se puede observar que se efectuó una propuesta inicial de acero de refuerzo #4 @20 cms en el lecho superior y del #6 @20 cms en el lecho inferior, se pulsa el botón aplicar y se revisa si con el acero propuesto se cumple con la solicitación.

22.3.- Con la propuesta de acero #6 @25 cms en los lechos superior e inferior, en el lecho superior se satisface el requerimiento de acero, mientras en el lecho inferior aún falta acero

22.4.- En base a lo anterior, se aumenta el diámetro del acero del lecho inferior a varilla #7

22.5.- Con la propuesta de acero #4 @20 cms en el lecho superior y de acero #7 @20 cms en el lecho inferior, se satisface todo el requerimiento de acero para la zapata.

23.- Se despliega el cuadro de diálogo para el diseño del strip B (armado horizontal), se puede observar que se efectuó una propuesta inicial de acero de refuerzo #6 @25 cms en el lecho superior e inferior, se pulsa el botón aplicar y se revisa si con el acero propuesto se cumple con la solicitación.

23.1.- Con la propuesta de acero #4 @20 cms en el lecho superior y acero #5 @20 cms en el lecho inferior, en el lecho superior se satisface el requerimiento de acero, mientras en el lecho inferior aún falta acero

23.2.- Con la propuesta de acero #4 @25 cms en el lecho superior y de acero #6 @20 cms en el lecho inferior, se satisface todo el requerimiento de acero para la zapata.

24.- Croquis de armados
24.1.- Armado de lecho inferior

24.2.- Armado del lecho superior

24.3.- Vista transversal del armado

José Manuel Carrillo Hernández

Ingeniero Civil, Maestro en Ciencias en Ingeniería de la Construcción, Doctor en Ingeniería con especialidad en sistemas de planeación y construcción