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• Jen Chavez

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DISEÑO DE UNA ZAPATA AISLADA CON MOMENTO EN UNA DIRECCION 

Diseñar la zapata mostrada en la figura: PD=150 Tn

MD=20 T-m

σt= 4.0 Kg/cm2

PL=90 Tn

ML=10 T-m

f’c = 210 Kg/cm2

PSx= 22.5 Tn

MSx=37.5 T-m

fy = 4200 Kg/cm2

Df = 1.50 m

P M

Sección de la Columna 30 x 70 cm Coeficiente de Balasto 8000 Tn/m3

Esfuerzo del Suelo de Fundación debido a la presencia de Sismo.

σtsis = 2/3* σt = 48 Tn/m2

SOLUCION CON EL SAFE V12.3.2 1. Iniciamos el Programa.

2. Configuración de unidades



Ingresamos en la opcion Modify/show que se encuentra al frente de units (currently metric).



Luego de la nueva ventana que emerge, seleccionamos la opcion consistent units, para elegir las unidades con la que vamos a trabajar.



Ahora escogemos las unidades de trabajo en la lista desplegable, en este caso es (Tonf, m, C) que representan las unidades de Fuerza, Longitud y Temperatura; luego clic en OK en todas las ventanas.



Finalmente en la ventana inicial en initial model escogemos la primera opcion Blank.

3. Definir Materiales. 

En la pestaña Define dar clic en Materials.

2

Definimos el Concreto.



Añadimos

las

propiedades

del

nuevo material, dar clic en Add new materials.



Definimos

el

nombre

(concreto f’c=210kg/cm2), material

tipo

(concrete),

específico

de

Peso

(2.4tn/m3),

Modulo de elasticidad. Y dar clic en OK.

Definimos el Acero. 

Añadimos las propiedades del nuevo material, dar clic en Add new materials.



Definimos el nombre (Ref. Fy=4200kg/cm2), tipo de material (Rebar), Fy = 4200 kg/cm2 y finalmente dar OK.

4. Definir Zapata y Columna (Pedestal). 

En la pestaña Define dar clic en Slab Properties. Definimos la Zapata



Dar clic en Add New Property.



Ahora definimos la zapata, en type elegimos Footing, y se recomienda

comenzar

con

el

espesor mínimo de 50 cm y dar OK.

4

Definimos la columna (Pedestal)



Dar clic en Add New Property.



Ahora definimos el pedestal, en type

elegimos

stiff,

y

se

recomienda que el espesor sea igual al que definimos para la zapata (50 cm) y dar OK en todas las ventanas.

5. Definir la Identificación de las Varillas de Refuerzo. 

En la pestaña Define dar clic en Reinforcing Bar Sizes  Clear All Bear luego en Add Common Bar set escoger de la lista desplegable la opción U.S. Customary

(para

definir

nosotros las denominaciones, el área y diámetro del acero de Refuerzo). 

Finalmente dar clic en Add Bar Set  OK en todas las ventanas.



Si aparece la ventana de advertencia, dar clic en SI, para continuar con la modificación que hizo.

6. Definir la Resistencia del Suelo. 

En la pestaña Define dar clic en Soil Subgrade Properties.



Luego podemos modificar SOIL 1 que trae por defecto el programa o añadir nuevo.



Después escribimos el nombre y el Modulo de Winkler o Coeficiente de Balasto que es 8000 Tn/m3.(ver Anexo) y clic en OK en todas las ventanas.

7. Definir la Masa de la Subestructura.



En la pestaña Define dar clic en Mass Source.



Colocar siempre en zapatas el 100% para carga Viva y Muerta. Siendo

entonces

el

factor

de

escala 1 en ambos casos, y dar clic en OK.

8. Definir el Patrón de Carga. 

En la pestaña Define dar clic en Load Patterns.



En este caso se debe incluir el peso propio de la zapata, que algunos autores consideran un 5% para un esfuerzo del suelo de 4 kg/cm2. Por lo que los factores de CV y CM es 1.05 y la de SISMO es 0.

9. Definir Combinaciones de Carga. Combinaciones de cargas de Servicio. COMB SERV.: Factor de escala: D=L=1, S = 1/1.25=0.8 Esta combinación es para el dimensionamiento en planta. 

Luego en la ventana que aparece dar clic en Add New Combo.



Ingresar la primera combinación de servicio, marcando con un check en el casillero de Service-Normal.

Combinaciones de cargas Amplificadas  COMB1: 1.4D+1.7L  COMB2: 1.25*(D+L)+S  COMB3: 1.25*(D+L)-S  COMB4: 0.9D+S  COMB5: 0.9D-S Estas combinaciones son para el dimensionamiento en elevación (para hallar el peralte de la Zapata)



Ingresar en la pestaña Define dar clic en Load Combinations.



Ingresar todas las combinaciones de carga descritas anteriormente, como se muestra en la siguiente figura. Finalmente poner check en Strength y dar OK.



Repetir estos dos pasos anteriores para

ingresar

todas

las

Combinaciones descritas; una vez finalizado todo dar OK en todas las ventanas.

10. 

Dibujar la Subestructura Zapata y Pedestal (columna). Ingresar en la pestaña Draw dar clic en Quick Draw Areas Around Points.



Luego hacer un primer tanteo para el Largo y Ancho de la Zapata,

siempre

la

diferencia

entre el Largo y Ancho de la Zapata

debe

ser

igual

a

la

diferencia entre la dimensiones de la columna. En este caso es 0.70-0.30 = 0.40. 

Por lo tanto comenzamos con las siguientes

dimensiones:

X

=

2.40m Y = 2.00m para la Zapata. Una

vez

ingresado

las

dimensiones, hacer clic en el área de

Trabajo

y

la

zapata

se

dibujará. 

Ahora dibujamos el Pedestal (columna 0.70 x 0.30). dar clic en el centro de la zapata dibujada. Finalmente el área de trabajo quedara así:

11.

Asignar a la Zapata el Suelo que lo Soporta.



Seleccionar la subestructura (zapata, pedestal).



Ingresar en la pestaña Assign dar clic en Support Data Soil Properties.



Escoger el Suelo anteriormente definido y dar clic en OK. Quedando finalmente el area de trabajo asi:

12. 

Asignar Carga a la Zapata. Antes de asignar la carga, se recomienda

adicionar

un

punto a la sub estructura sobre

el

cual

actuará

la

carga. 

Para

ello

pestaña

ingresar Draw



a

la

Draw

Points, luego hacer clic en el centro de la columna, en seguida dar clic derecho en ese punto y aparecerá una ventana,

en

ella

nos

ubicamos Load y dar clic en Assign Load.



Elegimos la opción Force Loads y OK.



Ingresamos las cargas del ejercicio y dar OK. o

Carga Muerta (DEAD)

o

Carga Viva (LIVE)

o

13. 

Carga de Sismo

Analizar la Estructura o Correr el Programa. Ingresar en la Pestaña Run  Run Analysis & Design o también presionar la tecla F5.

14.

Dimensionamiento en Planta



Para el dimensionamiento en planta, tenemos que verificar lo siguiente:



Para ello ingresar en la pestaña Display  Show Reaction Forces y aparecerá esta ventana.



Aquí seleccionar la opción Load Combination y tambien Soil Pressures, finalmente clic en Apply.



Quedando el área de trabajo como se muestra en la figura.



Aquí podemos observar los valores al lado derecho del área de trabajo, estos valores nos indican el esfuerzo actuante y cómo podemos ver 80tn/m2 > 48 tn/m2 ……INCORRECTO; entonces la zapata a Fallado. Por lo tanto aumentar las dimensiones en planta de la zapata !!.

15.

Aumentar las Dimensiones en Planta



Primero hay que abrir el candado



Luego seleccionar solo la Zapata (no pedestal o columna).



Después ingresar en la pestaña Edit  Edit Areas  Spand/Shrink

haciendo clic encima de él.

Areas (esto es para aumentar el tamaño de la zapata; se recomienda ir aumentando cada 0.10m; el programa aumenta esta dimensión en ambas direcciones para mantener la diferencia planteada de 0.40m al inicio). 

Como este ejercicio lo resolvimos manualmente, la sección que cumple es 3.10 x 2.70m, por lo tanto faltaría 0.70m entonces en el programa ingresar la mitad que es 0.35m.

16. 

Analizar la Estructura o Correr el Programa Nuevamente. Correr el programa, luego verificar

, para ello ingresar en la

pestaña Display  Show Reaction Forces, igual que el caso anterior y aparecerá esta ventana.



Aquí podemos observar que si cumple la condición planteada.

15

17. 

Diseño en Elevación ( Determinación del Peralte Efectivo) ingresar en la pestaña Display  Show Punching Shear Design, y sobre la zapata aparece un valor numérico el cual nos representa tiene

que

cumplir

; este valor la

siguiente

condición:



Como la condición anterior no cumple, entonces la zapata ha fallado por corte, por lo que necesitamos incrementar el peralte.

18.

Incrementar el Peralte



Primero hay que abrir el candado



Luego en la pestaña Define  Slab Properties.

haciendo clic encima de él.

16



Aquí

dar

clic

en

Modify/Show

Property,

luego

la

modificar

altura

tanto de la Zapata como del Pedestal que en este caso será 80 cm y después de haber cambiado la altura, dar OK en todas las ventanas.

17



También podemos introducir el recubrimiento de la zapata, para ello entrar en la pestaña Design  Design Preferens  Min Cover Slabs, y colocar el recubrimiento de 7.5cm para Zapatas.





Luego Correr nuevamente el programa.



Ingresar en la pestaña Display  Show Punching Shear Design, y aquí si podemos ver que la condición anterior si cumple.

18

19.

Diseño de Refuerzo por Flexión.

a. Dibujar las Franjas de Diseño.  Primero hay que abrir el candado haciendo clic encima de él.  Luego en Draw  Draw Design Strips, en este caso dibujaremos solo 2 franjas de diseño tanto para el eje X y también Y.  Para lo cual colocamos el valor de la mitad del ancho de la Zapata (2.70/2 = 1.35 m) para el eje X.

 Luego dibujar la línea por el medio de la zapata, sin cerrar la ventana anterior. Y el área de trabajo quedara así:

 Ahora para la franja en el eje Y, colocamos el valor de la mitad del Largo de la Zapata (3.10/2 = 1.55 m).

 Luego dibujar la línea por el medio de la zapata, sin cerrar la ventana anterior. Y el área de trabajo quedara así:

 Para ver finalmente como quedan estas franjas de diseño, dar clic en el siguiente icono:

y marcar la opción Show Width y OK.

20



Luego tendremos la siguiente pantalla.



Por ultimo corremos el programa.

b. Calcular los Refuerzos de Acero. Diseño en el eje X 

Entrar en la pestaña Display Show Slab Design, luego aparecerá la siguiente ventana, aquí tenemos que escoger el eje X(A), el acero de refuerzo anteriormente definido y tenemos que dar el espaciamiento y todos lo que se resalta en el grafico siguiente:

21



El área de trabajo nos muestra la zapata con el siguiente DMF; y nos dice el acero de refuerzo que falta.



si sigue apareciendo el diagrama seguimos bajando la separación de los aceros de refuerzo, hasta que el DMF no aparezca; así garantizamos un buen diseño. Entonces para este caso bajamos la separación de los aceros hasta 15 cm con lo cual pasa el diseño.

22

Diseño en el eje Y 

en la misma ventana anterior elegimos el eje Y (B) y hacemos el mismo proceso anterior, tanteando la separación de los aceros de refuerzo, cumpliendo en este caso con una separación de 17cm.



Finalmente aquí termina el diseño de la Zapata Aislada.

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