Ejemplo de diseño de cimentación independiente y hoja de Excel

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También se proporciona un ejemplo de diseño de cimentación aislada con instrucciones paso a paso y una hoja de Excel (hoja de cálculo) de diseño de cimentación aislada para cálculos fáciles y rápidos. Aprender a diseñar con el ejemplo es siempre la mejor manera de aprender. A continuación se describe un procedimiento paso a paso para el diseño estructural de una cimentación independiente.

Ejemplo de diseño de zapata independiente:

Considere una columna RCC independiente de tamaño 450 mm x 450 mm. La carga de esta columna a la cimentación es: Carga vertical: 1000 kN Momento uniaxial: 100 kNm La capacidad de carga segura (SBC) del suelo es de 300 kN/m2. El grado de hormigón utilizado es M30 y el grado de acero Fe415.

Procedimiento paso a paso para el diseño de cimientos independientes:

Paso -1: Determinación del tamaño de la base:
La carga de la zapata consiste en la carga de la columna, el peso de la zapata misma y el peso del suelo sobre la zapata. Para simplificar, deje que el peso de la zapata y el peso del suelo sobre la zapata sean del 10 al 15% de la carga vertical. Carga de columna = 1000 kN Carga adicional al 10 % de la carga del peso propio del suelo = 1000 x 10 % = 100 kN Por lo tanto, la carga total P = 1100 kN. El tamaño de la base que diseñe puede ser de planta cuadrada, rectangular o circular. Aquí consideramos una base cuadrada independiente. Por lo tanto, longitud del andamio (L) = ancho del andamio (B) Por lo tanto, área de andamio requerida =

= 1100/300 = 3,67m²
Longitud y ancho de la zapata = 2 m Área de la zapata = 2 x 2 = 4 m²
La presión de cimentación aislada se calcula como:

Calcular pmax = 325 kN/m²

pmín = 175kN/m²

Sin embargo, pmax es mayor que el SBC del suelo, por lo que el tamaño de la zapata debe modificarse para que Pmax sea inferior a 300 kN/m.²Ancho y largo de la zapata = L =B =2,25 m donde pmax = 250,21 kN/m2 (OK) y pmin = 144,86 kN/m2 > 0 (OK) Por lo tanto, se tiene en cuenta la presión ascendente del suelo = pmax = 375,315 kN/m2 pumin = 217,29 kN/m2 Además, la presión media en el centro de la zapata viene dada por Pu,avg= 296,3 kN/m2 con carga del elemento Pu= 1500 kN y momento uniaxial del elemento Mu= 150 kN-m.
Paso 2: Corte bidireccional
Suponiendo un espesor total uniforme de la zapata, D = 500 mm Suponiendo una barra de acero principal de 16 mm de diámetro, la profundidad efectiva de la zapata “d” es d = 500 – 50 – 8 = 452 mm Secciones críticas a y b para bidireccional o de corte por punzonamiento son las dimensiones de la columna.

Figura 1: Sección crítica de corte bidireccional (corte por punzonamiento)
Por lo tanto, área perforada de la zapata = (a + d)² = (0,45 + 0,442)² = 0,796 metros²
donde: a = b = lado de la columna Fuerza de punzonamiento = módulo de carga – (módulo de presión media x área de punzonado de la zapata)

= 1500 – (296,3 x 0,0,796)

= 1264.245kN

Perímetro a lo largo de la sección crítica = 4 (a + d) = 4 (450 + 442) = 3568 mm Por lo tanto, esfuerzo cortante nominal para punzonamiento o esfuerzo cortante de punzonamiento se calcula como:

= 1264,245 x 1000/(3568×442) = 0,802 N/mm2

Esfuerzo cortante admisible =

dónde

= 1.369N/mm2

= =1 por lo tanto esfuerzo cortante permisible = 1×1.369 = 1.369 N/mm²
Dado que el esfuerzo cortante por punzonamiento (0,802 N/mm2) es menor que el esfuerzo cortante permisible (1,369 N/mm2), el espesor asumido es suficiente para soportar el esfuerzo cortante por punzonamiento. Por lo tanto, el espesor de zapata asumido D = 500 mm es suficiente. Tenga en cuenta que la profundidad de la zapata se puede modificar para reducir el esfuerzo cortante debido a la gran diferencia entre los valores permitidos y los reales. Para este ejemplo continuaremos usando D = 500 mm.
Paso 3: Diseño de deflexión:
La sección crítica de deflexión ocurre en la cara de la columna (Figura 2).

Fig. 2 Sección crítica de flecha

Las protuberancias de la zapata más allá de la cara del pilar se tratan como losas en voladizo sujetas a la presión hacia arriba del suelo considerado. Presión ascendente máxima del módulo del suelo, pu,max= 375,315 kN/m2 Presión ascendente del módulo del suelo en la sección crítica, pu= 312,1 kN/m2 Proyección de la zapata más allá del plano del cilindro, l = (2250 – 450)/2 = El momento flector en la sección crítica de la zapata de 900 mm viene dada por: Mu = esfuerzo total X Considerando un empuje uniforme del terreno a una distancia de 375.315 de la sección crítica, Mu = 180 kN/m²

De SP 16 a 0,92, el porcentaje de barra de refuerzo se puede ver en hormigón M30, acero fe415. puntos = 0.265%

Ast = pto x bxd

Considerando andamio de 1m de ancho, Ast requerida = 1171.1 mm²/m ofrece un ancho de barra de 16 de diámetro a 140 mm c/c. Repita este ejercicio para la otra dirección. La presión del fondo es uniforme, pies cuadrados, por lo que Mu y Ast en las otras direcciones son iguales.
Paso 4: Verifique el corte unidireccional:
La sección crítica de cortante unidireccional ocurre a una distancia ‘d’ de la cara de la columna. Presión ascendente máxima factorizada del suelo, pu,max= 375.315 kN/m2 Presión ascendente factorizada del suelo en la sección transversal crítica, pu= 375.315 kN/m2 Para losas en voladizo, el cortante total a lo largo de la sección transversal crítica considerando el ancho total B Potencia es:

Vu = fuerza total X (l – d) XB

= 375,315 X (0,9 – 0,442) X 2 = 343,8 kN

Esfuerzo cortante nominal = Vu/(Bxd) = 0,346 N/mm²

pt = 0,265 y M30, para la fuerza de corte admisible de la Tabla 19, IS456 es superior a 0,346 N/mm²
La cimentación es por tanto unidireccional y segura.
Paso 5: comprobar la duración de la implementación
Se requiere una longitud de despliegue suficiente para el refuerzo de las secciones críticas. donde la sección crítica considerada por Ld es la sección crítica de flecha. La longitud desplegada de una barra de 16 mm de diámetro viene dada por Ld = 47 x diámetro de la barra = 47 x 16 = 752 mm. Si proporcionamos cubiertas laterales de 60 mm, la longitud total disponible desde la sección crítica es 0,5x( L – a) – 60 = 0,5x(2250 – 450) – 60 = 840 > Ld, así que está bien
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