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ESCUELA DE POSGRADO
“INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA EN
EDIFICACIONES CON ZAPATAS AISLADAS”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
Grupo: N°03
- Ronald Choquetocro Qquenaya
- Marco Antonio Farfán Huamán
- Julio Cesar López Cusi

CIMENTACIONES
La parte inferior de una estructura se denomina
generalmente cimentación, su función es transferir la
carga de la estructura al suelo en que esta descansa.
Se denomina cimentación al conjunto de elementos
estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la
edificación al suelo.
Transferir la carga a través del suelo sin sobre esforzar a
éste.

Transferir la carga a través del
suelo sin sobre esforzar a éste
Asentamiento
Excesivo.
Falla cortante del
Suelo.
Daños a la Estructura
CARGA EN LA CIMENTACION

TIPOS DE CIMENTACIONES
• CIMENTACION SUPERFICIAL
• Zapatas aisladas
• Zapatas corridas
• Zapatas combinadas
• Losa de cimentación
• CIMENTACION PROFUNDA
• Pilotes
• Pantallas

SELECCIÓN DE CIMENTACION
La influencia del tipo de edificio a ejecutar también es
importante en la selección de la cimentación.
Las características mas importante de los edificios a la hora de
elegir cimentación pueden ser:
• Existencia de sótanos
• Edificios ligeros de poca altura : Cimentación superficial
• Edificios de poca altura: Losas, pilotaje
• Edificios de gran altura: cimentaciones profundas o losas
de cimentación.

Son aquellas que reciben cargas puntuales (columnas).
Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que
sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los
pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo
hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le
transmite.
ZAPATAS AISLADAS

Como características principales una zapata debe cumplir:
•Conducción de las cargas al terreno a través de los elementos estructurales.
•Reparto uniforme de las cargas para que no se superen las tensiones
superficiales del terreno.
•Deben limitarse los asientos de la estructura a los máximos admisibles por
ésta, y evitar asimismo los asientos diferenciales.
•Las cimentaciones deben quedar ocultas
El término zapata aislada se debe a que se usa para
asentar un único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es
el tipo de zapata más simple, aunque cuando el
momento flector en la base del pilar es excesivo
no son adecuadas y en su lugar deben emplearse
zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se
asienten más de un pilar.

La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se
ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras sí que es normal
además de aconsejable poner una junta cada 30 m aproximadamente, en estos casos
la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. Una variante
de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso
se denomina "zapata ajo pilar en junta de diapasón".
Solución más usada, debido a que es la más económica, de más fácil ejecución
y
adaptarse bien a terrenos resistentes.

En el cálculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además
del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que
descansan sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable
respecto al hundimiento. Por otra parte en el cálculo de vuelco, donde el peso propio
de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable.

Según su relación entre el canto y el vuelo o
largo máximo libre pueden clasificarse en:
Las Zapatas Aisladas se pueden dividir:
•Zapatas rígidas.
•Zapatas flexibles.

ZAPATAS RIGIDAS.
La zapata rígida suele armarse
con una carga de hierro de
alrededor de 25 a 40 kg/m3. En
la armadura se utilizan barras de
un diámetro mínimo del orden
de 12 mm para evitar
corrosiones.
Su recubrimiento mínimo es de
8 cm.

ZAPATAS FLEXIBLES.
La zapata flexible, por sus
dimensiones, está sometida
tanto a esfuerzos de
compresión como de tracción.
La armadura reparte los
esfuerzos de tracción
producidos en la zona inferior
de la zapata.
Aunque la cantidad de
armadura depende del terreno y
de la carga que soporta el
cimiento, suele oscilar entre 50 y
100 kg/m3.

Y según el esfuerzo vertical esté en el
centro geométrico de la zapata se distingue
entre:

ZAPATAS CENTRADAS.
La Zapata Centrada es una
zapata aislada, corresponde a
un tipo de Cimentación
Superficial que sirve de base a
los elementos estructurales
puntuales (pilares); de modo
que esta zapata amplía la
superficie de apoyo hasta lograr
que el suelo soporte sin
problemas la carga que le
transmite.

ZAPATAS EXCENTRICAS O
MEDIANERAS.
Las zapatas excéntricas o
medianeras son aquellas que
soportan una columna
dispuesta de tal forma que una
de sus caras coincida con el
borde de la zapata. La necesidad
de su uso es muy frecuente
debido a las limitaciones de
colindancia con las edificaciones
adyacentes.

DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS.
Para construir una zapata aislada deben
independizarse los cimientos y las estructuras de
los
edificios ubicados en terrenos de naturaleza
heterogénea, o con discontinuidades, para que
las
diferentes partes del edificio tengan
cimentaciones
estables. Conviene que las instalaciones del
edificio
estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar
zapatas ni riostras. Para todo tipo de zapata, el plano
de apoyo de la misma debe quedar empotrado 1 dm
en el estrato del terreno.

La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el
comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por
posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por
debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas afectadas por estas variables.
En el caso en que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares),
se efectúa una sola zapata para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia
plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el
hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de
espesor (emplantillado), antes de colocar las armaduras.

ZAPATA AISLADA CUADRADA.
La zapata aislada comúnmente se utiliza para transportar la carga concentrada de una columna cuya
función principal consiste en aumentar el área de apoyo en ambas direcciones.
En general, su construcción se aconseja cuando la carga de la columna es aproximadamente 75% mas
baja que la capacidad de carga admisible del suelo. Se recomienda que la zapata aislada deberá
emplearse cuando el suelo tenga una capacidad de carga admisible no menor de 1000kg/m2, con el fin
de que sus lados no resulten exageradamente grandes.
El calculo de estas zapatas se basa en los esfuerzos críticos a que se encuentran sometidas, pero su
diseño lo determinan el esfuerzo cortante de penetración, la compresión de la columna sobre la zapata,
el esfuerzo de flexión producido por la presión ascendente del suelo contra la propia zapata, los
esfuerzos del concreto en el interior de la zapata, así como el deslizamiento o falta de adherencia del
acero con el concreto.

ZAPATA AISLADA RECTANGULAR.
Las zapatas aisladas rectangulares son prácticamente iguales a las cuadradas; ambas trabajan y se calculan
en forma similar y se recomiendo en aquellos casos donde los ejes entre columnas se encuentran limitados
o demasiados juntos.
Por su forma rectangular presenta dos secciones criticas distintas para calcular por flexion. En zapatas que
soporten elementos de concreto, será el plomo vertical tangente a la cara de la columna o pedestal en
ambos lados de la zapata.

ZAPATA AISLADA DESCENTRICA.
Las zapatas aisladas des céntricas tienen la particularidad de que las cargas sobre ellas recaen, lo
hacen en forma descentrada, por lo que se producen unos momentos de vuelco que habrá que
contrarrestar.
Las formas de trabajo se solucionan y realizan como la zapata aislada con la salvedad de la
problemática que supone el que se produzcan momentos de vuelo, debido a la excentricidad de
las cargas.
Algunas de las soluciones para evitar el momento de vuelco seria utilizando una contra trabe.
Utilizando contra trabe, esta a través de su trabajo a flexión, tiene la misión de absorber el
momento de vuelco de la zapata descentrada deberá tener gran inercia y estar fuertemente
armada.

ZAPATA AISLADA CIRCULAR.
Este tipo de zapatas no es de uso frecuente excepto en caso de edificaciones
singulares o soluciones prefabricadas, pues el coste de la armadura sería elevado por
la dificultad de su disposición. El uso de zapatas circulares exige la necesidad de usar
una geometría especial con canto variable y por tanto la necesidad de encofrado para
su ejecución in situ. Por estas causas su uso no es recomendable económicamente
excepto en los casos anteriormente mencionados.
Dentro de las zapatas circulares encontraremos dos disposiciones distintas de armado:
Zapata circular con armado circunferencial
Zapata circular con armado con emparrillado
El ángulo α≤ 25 a para mantener el hormigón con su talud natural al vibrar.

PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA
ZAPATA AISLADA
• Para llevar a cabo la construcción de una zapata aislada columna se debe
tener varios puntos en cuentas que garantizaran la efectividad de su acabado

Son varios los cuales son:
1- Se realizan los niveles para así rectificar el trazo.

2- Se debe de colocar el primer armado.
3- Se realiza el segundo armado.

4- Se debe de hacer un doblez entre las dos camas
del armado del dado anclado, el cual debe de ser
aproximadamente de un 50 por ciento.

5- Posteriormente se deben de colocar los estribos a una
separación de 25 a 50 cm. Este se debe de reforzar en el
cabezal o dado.

6- Se fijan las anclas que sostiene la estructura
metálica.

7- Para colocarlo se debe de primero colar la zapata
dejando una junta constructiva entre el armado y la
zapata.
8- Para garantizar la adherencia con el dado se debe de
dejar en la zapata una superficie corrugada.

9- Se usa concreto convencional y se deja secar
completamente

La interacción dinámica suelo-estructura se debe
entender como la modificación que sufre el
movimiento del terreno por la presencia de la
estructura que responde a una excitación dinámica
que el mismo suelo le transmite.
MODELOS DINAMICOS DE INTERACCION SUELO
ESTRUCTURA

El problema de interacción sísmica suelo-estructura permite un gran número de diferentes
formulaciones del problema, y consecuentemente, diferentes modificaciones del esquema
de cálculo de la edificación, analizado como un trabajo conjunto con la base de fundación.
Se mostró, que la formulación tradicional del cálculo de edificaciones, considerando el
empotramiento perfecto de las columnas con las cimentaciones, nos lleva a la necesidad
de una descripción más detallada de las condiciones de fijación de los apoyos de la
edificación, esto es, a una formulación correcta de las condiciones de frontera, si se habla
acerca de la formulación del problema de cálculo de la edificación dentro del campo de la
mecánica de cuerpo sólido.
1. ESQUEMAS DE CALCULO DE EDIFICACIONES, CONSIDERANDO LA FLEXIBILIDAD
DE LA BASE DE FUNDACION

Para aclarar las principales dificultades, que surgen en la formulación de tal problema, es
necesario analizar el problema más sencillo de interacción suelo-estructura, es decir, el de
péndulo invertido con masas puntuales a nivel de entrepisos.
Para ello admitimos la concepción de flexibilidad elástica de la base de fundación,
llegando al siguiente esquema de fijación de la base del péndulo mostrado en la figura
2.1, donde “c” es el ancho de la cimentación.

Se puede observar que las conexiones elástico-flexibles, cumplen con las condiciones de
un sistema geométricamente invariable y surgen las tres fuerzas de reacción:

Dicho modelo de cálculo (figura 2.3) debe ser
corregido, para el caso de la acción
sísmica, bajo los siguientes principios:
1. La cimentación debe ser analizado como un cuerpo
absolutamente rígido.
2. En el sistema dinámico suelo-estructura, la
cimentación debe ser descrita como una masa puntual
en el centro de gravedad de la zapata aislada.
3. En calidad de acción externa actúa el efecto sísmico.
Para hacer más fácil el esquema de cálculo, puede ser
descrito en forma de un vector espacial V(t), actuante
en el centro de gravedad de la zapata aislada. Como
esta acción es cinemática, se da en forma de un
oscilograma de aceleraciones (oscilograma).

Como resultado de muchas investigaciones experimentales para determinar los
coeficientes de rigidez de las cimentaciones, el científico ruso D.D. Barkan en el año
1948 propuso utilizar las siguientes expresiones:
2. MODELO DINAMICO D.D. BARKAN – O.A. SAVINOV

Las principales deficiencias de este modelo, consiste en que no describe la
dependencia entre los coeficientes C z C x Cϕ, con las dimensiones de la base de la
cimentación, y lo que es mucho más importante, no considera las propiedades
inerciales de los suelos.

Se puede indicar que el modelo dinámico analizado D.D. Barkan - O.A. Savinov es
teórico-experimental, basado en la interacción de la cimentación con la base de
fundación en forma de proceso establecido de vibraciones forzadas.
Esta suposición permitió diversas críticas fundamentadas científicamente, tratándose de
su aplicación del determinado modelo en el cálculo sísmico de edificaciones
considerando la interacción suelo-estructura. Esto es mucho más claro, porque es
conocido que el sistema suelo-estructura ante sismos se analiza como un proceso
ondulatorio no estacionario.

El modelo dinámico V.A. Ilichev fue
elaborado para aplicarlo a
problemas ondulatorios de
interacción suelo-estructura,
modelado como un semi espacio
elástico.
En un inicio el esquema de cálculo
de este modelo se aplicó a
problemas de vibraciones verticales
de cimentaciones circulares,
apoyados sobre un semi espacio
elástico isótropo. El esquema de
cálculo de este modelo se muestra
en la figura 2.4.
3. MODELO DINAMICO V.A. ILICHEV

El modelo dinámico descrito fue determinado como un sistema con 1,5 grados de libertad,
donde un grado de libertad se determina en la parte inferior del sistema y medio grado de
libertad se registra en la parte superior de la misma.
Luego este modelo fue generalizado a las vibraciones horizontales y rotacionales de la
cimentación, apoyado sobre base elástica con ley de variación lineal de las propiedades
de deformación a través de la profundidad del suelo de fundación. En particular, la
variación del módulo de deformación (Z ) E de la base de fundación, se aproxima a la ley:

El modelo dinámico V.A. Ilichev, descrito anteriormente, es estrictamente teórico, basado
en la solución teórica del problema de interacción dinámica suelo-estructura, desde el
punto de vista del modelo de semiespacio elástico.

En las investigaciones de A.E. Sargsian y A.A. Najapetian [87, 91-93] se elaboró otro
modelo dinámico de interacción suelo-estructura, utilizado para fines académicos [93],
motivo por el cual no nos vamos a detener en su fundamentación y nos limitaremos a
describir las fórmulas finales, necesarias para los cálculos futuros.
De acuerdo a tal modelo dinámico, en su análisis se ingresan parámetros cuasi estáticos
de rigidez de la base de fundación Kx, Kz, Kϕ ; que se determinan por las siguientes
fórmulas:
4. MODELO DINAMICO A.E. SARGSIAN

4. MODELO DINAMICO A.E. SARGSIAN

5. MODELO DINAMICO NORMA RUSA SNIP 2.02.05-87

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