Compartimos un caso en el que se realizado el cálculo de zapata aislada para la ampliación de un edificio: con los datos constructivos y geométricos, y la aplicación e-struc.Cálculo de zapata. Con este ejemplo podemos ver que con la aplicación es posible calcular de manera concatenada diferentes elementos estructurales, y aprovechar resultados del cálculo de unos como datos para el cálculo de los siguientes.
Como explicábamos en nuestro anterior artículo Cálculo de vigas de acero para la ampliación de un colegio, durante las vacaciones escolares se acometió la tarea de construir un pabellón dentro del gimnasio de un colegio. Además del cálculo de las vigas, e-struc se ha empleado para realizar la cimentación, con el cálculo de zapata de los pilares nuevos.
La actuación, señalada como ACT8 en los planos, es la construcción de un pequeño pabellón de dos plantas, de forjados de chapa colaborante, que apoya mitad en pilares existentes y mitad en nuevos pilares de acero con nuevas zapatas. El proyecto de Intervención ha sido redactado por el arquitecto Luis Gayarre, del Estudio Luis Gayarre Arquitectos.
Para realizarlo se han seguido los siguientes pasos:
Cálculo de los nuevos forjados con sus cargas y luces
Cálculo de las vigas con e-struc
Comprobación de los pilares existentes con las nuevas cargas
Comprobación de la cimentación existente con las nuevas cargas
Cálculo de los pilares nuevos
Cálculo de zapata nueva con e-struc
Para apoyar una construcción nueva, o parte de ella, sobre una estructura existente hemos de tener en cuenta las cargas que va a soportar y verificar la resistencia y deformación de la misma conforme a las limitaciones establecidas en la norma. En el caso que nos ocupa, la nueva carga era muy pequeña comparada con la que ya tenían los soportes, y además, el apoyo a media altura acortaba las longitudes de pandeo de los pilares, una condición a favor de que los perfiles existentes fueran válidos, como así sucedió.
Respecto a las zapatas existentes, no se conocían sus dimensiones hasta que no se comenzaron los trabajos de excavación, de modo que se dejó previsto un recalce que finalmente no fue necesario. En las obras de intervención es muy oportuno tener previstos todos los escenarios posibles, de modo que no surjan partidas nuevas que encarezcan y retrasen los trabajos.
Las dimensiones de las zapatas nuevas se hicieron a partir de las cargas y solicitaciones obtenidas del cálculo de las vigas. Las vigas apoyaban en pilares metálicos y éstos se habían de cimentar directamente sobre el terreno.
Iniciamos el cálculo en e-struc. Nos registramos, accedemos a “Cimentaciones”, Cálculo de zapata aislada y comenzamos a introducir los datos de cada pestaña.
Opción zapata es el único dato obligatorio, con lo que escribimos zapata cuadrada, que es la más eficaz y en nuestro caso no hay restricción.
No olvidemos que tenemos un esquema a la derecha con el dibujo de todas las dimensiones que nos piden, bien en 3D, bien en 2D y un vídeo que podemos revisar o ver previamente.
No sabemos ninguna dimensión ni canto, de modo que dejamos todas las condiciones en blanco. Al no ser datos obligatorios no tienen asterisco, así que pueden quedar en blanco.
Sí que debemos indicar las condiciones de unión entre el pilar y la zapata, y si existen muros ligados al pilar. Estas condiciones delimitan la transmisión de cargas para el cálculo de la zapata. El apoyo del pilar, que es un pilar de acero, es articulado, y no hay muros ligados al pilar.
2. Pestaña Materiales:
Dejamos todos los datos de hormigón y acero en desconocido, para que elija el sistema el óptimo.
Nos refieren que el terreno tiene una resistencia o tensión admisible, en Kg/cm2, de 3 Kg a 0,50 m de profundidad, aunque tenemos pendientes los datos de informe geotécnico, de modo que lo cumplimentamos conforme a los datos conocidos.
El ángulo del forjado de la cubierta es 0, puesto que no existe cubierta, el pabellón está en el interior del gimnasio.
Podemos escoger, bien introducir la geometría del edificio modelo, con número de plantas y distancia y número de pilares, o bien los esfuerzos sobre la zapata.
Si volvemos a la memoria de cálculo de las vigas, vemos que ¡tenemos los esfuerzos! Son las reacciones en los apoyos de la viga calculada en ELS.
Entre Definición y Esfuerzos marcamos Esfuerzos y aparecerá el cuadro correspondiente a las solicitaciones: normales y momentos sobre la zapata:
Esfuerzos en servicio:
Cargas permanentes NG (kN)
Tomamos los esfuerzos de las reacciones en los apoyos debidas a las cargas permanentes: 61,49 kN. como son dos plantas, total son 122,98 kN
Cargas no permanentes NQ (kN)
Tomamos los esfuerzos de las reacciones en los apoyos de las cargas variables: 57,20 kN, como son dos plantas 114,40 kN
No hay momentos, al ser uniones biarticuladas, como explicamos en el primer punto, con lo que escribimos 0,00 en los demás valores de la lista.
¡Ya tenemos cumplimentadas las cargas de la zapata! El cálculo de zapata está casi terminado.
Nos quedan las condiciones del entorno, que al ser un interior rellenaremos con las más favorables. Como hemos introducido los esfuerzos no tendrá en cuenta el viento. En cuanto al terreno y al ambiente no existe agresividad conocida, de modo que lo cumplimentaremos así:
Todos los datos de sismo los desconocemos, al no tener informe geotécnico completo. Lo dejamos en blanco o “Desconocido”, salvo la importancia de la construcción. Según la Norma NCSR02 es Normal.
Ya están completamente introducidos los datos de cálculo de zapata.
Al haber introducidos los datos de cálculo, no nos va a pedir localización, puesto que ya está considerada en los esfuerzos. Esto es muy importante tenerlo en cuenta en zonas sísmicas, ya que en el cálculo de la viga no estaba incluido el sismo. En zonas sísmicas es mejor calcular la zapata con Edificio Modelo.
La aplicación, internamente nos da el cálculo de zapata. Obtenemos la dimensión y el armado de la zapata.
Es importante interpretar los datos y resultados que el sistema ha considerado en el cuadro anterior:
bx (m)= 0,95 m es un lado de la zapata
by (m)= 0,95 m es el otro lado de la zapata. Hemos escogido una zapata cuadrada, por ello ambos lados son iguales
bx_pil (m)= 0,25 m pues ha considerado esta dimensión de pilar. No es relevante, puesto que la base del pilar metálico tendrá estas dimensiones aproximadas.
by_pil (m)= 0,25 m es la otra dimensión del pilar, que supone cuadrado.
Estos datos son relevantes si el pilar tiene unas dimensiones especiales. Por ejemplo un pilar rectangular de hormigón que sea muy desproporcionado en uno de sus lados respecto al otro, y pueda cargar de forma desproporcionada sobre una zapata cuadrada. En nuestro caso no ocurre así.
h (m)= 0,4 m, es el canto de la zapata
hc (m)= 0,1 m es el hormigón de limpieza
a (m)= 0,30 m es el espesor de la solera y el encachado que la aplicación supone por encima de la zapata. Así es en este caso, de modo que el fondo de la cimentación estará a 0,3+0,4+0,1= 0,8m que está por debajo de la profundidad del firme!
El plano en dxf proporciona toda la información para poder construirla:
Llega el informe geotécnico después del cálculo y debemos ajustar los resultados. Tanto la profundidad del firme nf a 0,80m, como la tensión admisible del terreno a 2,5 Kg/cm2. De modo que introducimos de nuevo los datos. Hemos podido guardar los datos del cálculo anterior, recargarlos y modificar únicamente la profundidad del firme.
Obtenemos la nueva dimensión y armado de la zapata, algo mayor que la inicial.
Ya podemos descargar los planos, la memoria de cálculo generada de nuevo y ver las comprobaciones.
Y construir la zapata.
En la fotografía vemos una zanja corrida que es la cimentación del cerramiento del pabellón.
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Cómo se puede calcular la tensión que deposita en el terreno una zapata rígida La comprobación de la tensión bajo una zapata suele hacerse suponiendo
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