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Zapatas aisladas con Safe
En este artículo se presenta el proceso de cálculo y diseño de zapatas aisladas sujetas a fuerza axial y momento flexionante 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=1.50 mts
peso volumétrico del material=1,800 Kg/m3
1.- Propuesta de las dimensiones para cada zapata aislada
P=1.2(1,953.45+9,056.10)+1.6(6,022.50)=22,847.46Kg
Área=P/q
Área=22,847.46/3=7,615.82 cm2
Proponiendo una zapata cuadrada=B=√7,615.82=87.26 cms=100 cms
Se proponen zapatas de 1.0m x 1.0m
Se propone un espesor de 30 cms.
2.- Al abrir el software Safe se selecciona un proyecto en blanco
3.- Se da click derecho del mouse y se accesa a Add/Modify Grids para definir los ejes de las zapatas aisladas
4.- Se definen los ejes con las medidas del marco rígido y las dimensiones propuestas de las zapatas aisladas
5.– Definición de los materiales
5.1.- Concreto: Se edita el concreto que viene definido por default y se modifica.
5.2.- Acero de refuerzo: Se edita el acero de refuerzo que viene definido por default y se modifica.
6.- Definición de la columna. Con Define-Column properties se define la columna que en este caso es de 30 x 30 cms.
7.- Definición de la zapata aislada: Con Define-Slab properties se define el espesor de la zapata que en este caso se propone de 30 cms.
8.- Se dibujan las zapatas aisladas con Draw-Draw Slab/Areas
9.- 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 1.5 mts
10.- Vista en 3D de la cimentación
11.- Definición de los patrones de carga: CM (Carga muerta), SCP (Sobrecarga permanente) y CV (Carga viva)
12.- Definición de las combinaciones de carga 1.2(CM+SCP)+1.6CV
13.- 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
13.1.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga SCP
13.2.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga CV
13.3.- En el siguiente cuadro de diálogo se pueden verificar las cargas y momentos sobre la columna 1 para todos los patrones de carga.
13.4.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga SCP de la columna 2
13.5.- Se asignan las cargas y momentos para el patrón de carga CV
14.- Definición del suelo. Se accesa a Define-Soil subgrade properties para definir el suelo
14.1.- Se asigna el módulo de balasto que para este caso es de 6 Kg/cm3
15.- Se asigna el suelo a la primera zapata, se selecciona la misma, luego se accesa al menú Assign-Support data-Soil properties, se selecciona SUELO y queda asignado a la zapata, se procede de igual forma con la segunda zapata
16.- 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 vertical.
16.1.- La siguiente figura muestra el trazo del primer strip A para la zapata 1
16.2.- La siguiente figura muestra el trazo del segundo strip A para la zapata 1
16.3.- La siguiente figura muestra el trazo del tercer strip A para la zapata 1
16.4.- se define 1 metro para los strips. Se tomará el Strip Layer B como el strip horizontal.
16.5.- La siguiente figura muestra el trazo del primer strip B para la zapata 1
16.6.- La siguiente figura muestra el trazo del segundo strip B para la zapata 1
16.7.- La siguiente figura muestra el trazo del tercer strip B para la zapata 1
Para el trazo de los strips de la zapata 2 se sigue el mismo procedimiento que para la zapata 1
17.- 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
17.1.- Se selecciona la opción Surface Loads para asignar la carga del relleno sobre la zapata.
17.2.- La carga por m2 del relleno es: 1.0×1.0x1.2m(altura)x1,800Kg/m3=2,160Kg/m2
Se repite el mismo procedimiento para la zapata 2.
18.- Se corre el modelo y se tiene lo que aparece en la siguiente figura.
18.1.- Revisión 1: Se revisan los asentamientos, se puede observar que son del orden de menos de 2mm para cada zapata, por lo que no existe problema alguno en este aspecto.
18.2.- Revisión 2: Se revisan las presiones sobre el suelo, las cuales no exceden de la capacidad de carga del suelo en ambas zapatas, por lo que no existe problema alguno en este aspecto.
18.3.- 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.
19.- Diseño por flexión
19.1.- Se da click izquierdo del mouse sobre el ícono Show Slab Design
19.2.- Se despliega el cuadro de diálogo para el diseño del strip A (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.
19.3.- 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
19.4.- En base a lo anterior, se aumenta el diámetro del acero del lecho inferior a varilla #10
19.5.- Con la propuesta de acero #6 @25 cms en el lecho superior y de acero #10 @25 cms en el lecho inferior, se satisface todo el requerimiento de acero para la zapata.
19.6.- Se despliega el cuadro de diálogo para el diseño del strip B (armado vertical), 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.
19.7.- 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
19.8.- Con la propuesta de acero #6 @25 cms en el lecho superior y de acero #10 @20 cms en el lecho inferior, se satisface todo el requerimiento de acero para la zapata.
El armado de la segunda zapata es igual al de la primera
20.- Croquis de armados
20.1.- Armado de lecho inferior
20.2.- Armado del lecho superior
20.3.- 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