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318M-19: Requisitos del código de construcción para hormigón y comentarios El diseño de cimientos de muros, también llamados cimientos continuos, se basa en el principio de la acción de las vigas con solo modificaciones menores.
Los cimientos de los muros deben estar diseñados para soportar con seguridad muros estructurales o no estructurales y para transmitir y distribuir cargas al suelo sin exceder la capacidad de carga del suelo. Evite el hundimiento y la rotación excesivos, y garantice suficiente seguridad contra resbalones y caídas.
Las zapatas de muro se colocan a lo largo de la dirección del muro. El tamaño de la zapata y el espesor de la pared de la cimentación se especifican según el tipo de suelo y las condiciones de carga del sitio. Las áreas de refuerzo y el refuerzo se realizan de acuerdo con los requisitos de ACI 319-19 (Requisitos del Código de Construcción para Concreto Estructural).
Tabla de contenido
Análisis de zapatas de muros
El principio simple de la acción de la viga se aplica a los cimientos de muros con solo modificaciones menores. La figura 1 muestra una cimentación de muro bajo fuerza. El cálculo del momento de flexión a partir de estas fuerzas muestra que el momento máximo se produce en el medio del ancho.
En la práctica, una rigidez muy grande del muro corrige esta situación. Es suficiente calcular el momento en el plano de la sección de muro 1-1. Las grietas de tensión se formaron debajo de la cara del muro en lugar de en el medio del muro.
Para zapatas que soportan muros de mampostería, el momento máximo se calcula a mitad de camino entre los muros y las caras porque la mampostería es menos rígida que el concreto. El momento de flexión máximo (Mu) de la zapata debajo del muro de hormigón se calcula utilizando la Ecuación 1.
dónde:
qu: Capacidad portante última del suelo bajo la zapata del muro igual a la carga última distribuida dividida por el área requerida de la zapata.
b: Ancho de la zapata del muro.
a: El ancho del muro soportado por la zapata del muro.
El esfuerzo cortante normal (Vu) se puede calcular en la sección 2-2 a una distancia d de la cara del muro. La fuerza de corte se puede calcular usando la Ecuación 2. El cálculo de longitud desarrollado se basa en la sección de momento máximo (sección 1-1).
dónde:
d: La distancia entre el muro y la posición donde actúa el esfuerzo cortante normal, que es igual al canto efectivo de la zapata del muro.
tamaño del andamio
El tamaño de la zapata se determina para la carga no contabilizada y la presión efectiva del terreno (qe) calculada a partir de la presión de carga admisible (qa). La razón para utilizar cargas no contabilizadas es que, en el diseño de zapatas, la seguridad la proporciona el factor de seguridad global.
Las presiones de apoyo admisibles se establecen en base a los principios de la mecánica del suelo, las pruebas de carga y otras determinaciones experimentales. La presión de soporte admisible bajo carga de trabajo se calcula utilizando un factor de seguridad de 2,5-3. Este factor de seguridad evita que el suelo exceda su capacidad portante y mantiene su hundimiento dentro de límites aceptables.
El área de la zapata (Areq) se determina dividiendo la carga de trabajo total por la presión de apoyo admisible utilizando la Ecuación 3.
dónde
D: Carga muerta del andamio.
L: Carga viva del andamio.
qe: Presión de carga efectiva igual a la capacidad de carga admisible – (peso del relleno + peso del hormigón)
Si hay otras cargas, como cargas sísmicas y de viento, el área de cimentación debe calcularse utilizando la Ecuación 4. La mayor de estas dos fórmulas se toma como el área de la fundación.
dónde:
w: igual a 1,3 si las cargas de viento se calculan en base a ASCE, 1 en caso contrario.
W: carga de viento
E: fuerza sísmica
El ancho de la zapata del muro se calcula a partir del área requerida. La longitud del andamio será de 1 m.
profundidad de la zapata
De acuerdo con ACI 318-19 Sección 13.3.1.2, la profundidad total de la cimentación debe elegirse de manera que la profundidad efectiva del refuerzo inferior sea de al menos 150 mm.
Para cimientos inclinados, escalonados o cónicos, la profundidad y la ubicación de la escalera, o el ángulo de la pendiente, deben ser tales que se cumplan los requisitos de diseño en todas las secciones.
Calcular área de refuerzo
refuerzo principal
El área de refuerzo principal se calcula utilizando la fórmula:
dónde:
Como: Área de refuerzo principal
Mu: El momento final tomado de la Ecuación 1.
Phi: factor de reducción de la resistencia igual a 0,9.
fy: Límite elástico del acero.
d: profundidad efectiva, retire la cubierta de hormigón de 75 mm.
a: Profundidad del bloque de tensión rectangular.
La profundidad del bloque de tensión rectangular se asume en la Ecuación 5. Luego se calcula el área de acero por ensayo y error. Se recomiendan 3 intentos.
refuerzo mínimo
El refuerzo mínimo se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Para grados por debajo de 420:
Para acero grado 420:
dónde:
b: ancho del andamio
h: profundidad del andamio
Área de refuerzo distribuida es el mismo que el valor en la Ecuación 7.Entonces este valor es mejora de la dispersión Para cimientos de muros.
Espaciado/alineación de barras
Dividir el área reforzada calculada a partir de la Ecuación 5 por el área de una barra (Ab) para estimar el número de barras (n).Luego, el número de áreas de barras de refuerzo utilizadas para calcular el espaciado de la barra principal utilizando la siguiente fórmula
Espaciado de la barra principal:
Espaciamiento de refuerzo:
El número de barras distribuidas es igual al área de acero de la Ecuación 7 dividida por el área de una barra utilizada para las barras distribuidas. Luego se calcula el espaciamiento dividiendo el ancho de la zapata por el número de barras distribuidas.
Espaciado máximo:
El espaciado máximo es de 3 h o mínimo de 450 mm. Por lo tanto, el espacio entre barras no debe ser mayor que este valor.
Resistencia al corte del concreto
La resistencia de diseño al corte del concreto debe ser mayor o igual a la fuerza de corte máxima calculada a partir de la Ecuación 2. De lo contrario, se debe aumentar la profundidad de la zapata. La resistencia al corte del concreto se calcula como:
dónde:
Vc: Resistencia del hormigón a cortante
Phi: factor de reducción de la resistencia igual a 0,75.
Lambda: 1 para hormigón de resistencia normal.
fc’: Resistencia del hormigón a compresión igual o superior a 17 MPa.
b: Ancho del andamio.
d: Profundidad efectiva del andamio.
Resumen del procedimiento de diseño
- Estime el espesor de la zapata (h) que cumpla con los requisitos de corte y proporcione una profundidad efectiva mínima de 150 mm.
- Calcule el peso del relleno y el peso de la zapata.
- Calcular la capacidad portante efectiva qe.
- Área requerida estimada, Areq
- Calcule la presión de diseño (qu) de la base de la zapata (Areq) con módulo de carga.
- Determine los requisitos de corte calculando la fuerza de corte del hormigón y la resistencia de diseño al corte.
- Calcule el momento máximo y calcule el área de refuerzo.
- Calcule el refuerzo mínimo y el espaciamiento máximo.
- Estime la distancia entre los músculos principales y distribuidos.
- Dibujar una propuesta de diseño.
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