SISTEMA ESTRUCTURAL DE ZAPATAS VINCULADAS CON VIGAS DE ARRIOSTRE DE HORMIGÓN ARMADO
PROYECTO: SELENIA CASTEDO
1. Objeto
La presente memoria establece los criterios estructurales preliminares para una cimentación compuesta por 15 zapatas aisladas de hormigón armado, correspondientes a 15 columnas de hormigón armado, vinculadas entre sí mediante vigas de arriostre de hormigón armado.
El sistema tiene como finalidad proporcionar una transferencia ordenada y segura de las cargas de la superestructura hacia el terreno, además de mejorar el comportamiento conjunto de las cimentaciones frente a desplazamientos diferenciales y acciones horizontales.
2. Configuración estructural
El sistema está compuesto por:
15 zapatas aisladas independientes.
15 columnas de hormigón armado.
Vigas de arriostre de hormigón armado que vinculan las zapatas.
Elementos estructurales superiores que transmiten las cargas hacia las columnas.
La trayectoria conceptual de las cargas es:
LOSA / CUBIERTA
↓
VIGAS
↓
COLUMNAS
↓
ZAPATAS AISLADAS
↓
VIGAS DE ARRIOSTRE
↓
TERRENO DE FUNDACIÓN
3. Zapatas aisladas
Se considera preliminarmente una zapata independiente para cada una de las 15 columnas.
Dimensiones preliminares
Largo: 1,40 m
Ancho: 1,40 m
Espesor: 0,40 m
Por zapata:
Para las 15 unidades:
Por lo tanto, el volumen geométrico preliminar de hormigón correspondiente exclusivamente a las 15 zapatas es de 11,76 m³.
4. Función de las vigas de arriostre
Las vigas de arriostre conectan las zapatas entre sí, formando un sistema de cimentación estructuralmente integrado.
Su función puede incluir:
Vincular las zapatas.
Reducir desplazamientos relativos entre apoyos.
Contribuir al comportamiento conjunto de la cimentación.
Mejorar la estabilidad frente a acciones horizontales.
Controlar determinados movimientos relativos y asentamientos diferenciales.
Proporcionar continuidad estructural entre los elementos de cimentación.
Importante: una viga de arriostre no debe asumirse automáticamente como una viga que redistribuye cualquier carga vertical entre zapatas. Su función específica debe definirse mediante el modelo estructural y las condiciones de apoyo.
5. Esquema conceptual
COLUMNA COLUMNA COLUMNA
│ │ │
│ │ │
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ ZAPATA │──────│ ZAPATA │──────│ ZAPATA │
│ 1,40m │ VIGA │ 1,40m │ VIGA │ 1,40m │
│ ×1,40m │──────│ ×1,40m │──────│ ×1,40m │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
│ │ │
└──── VIGAS DE ARRIOSTRE ─────────┘
│
TERRENO
El mismo criterio se extiende a las 15 posiciones estructurales.
6. Columnas
Se consideran 15 columnas de hormigón armado, una por cada zapata.
Como referencia del plano estructural preliminar, se mantiene la sección indicada anteriormente:
Área de sección:
La sección, armadura longitudinal, estribos, longitud de anclaje y resistencia deberán verificarse mediante cálculo estructural.
7. Unión columna–zapata
La transferencia de esfuerzos entre la columna y la zapata deberá garantizarse mediante:
barras longitudinales correctamente ancladas;
armadura de la zapata;
adecuada longitud de desarrollo;
recubrimiento;
confinamiento cuando corresponda;
correcta ejecución del arranque de la columna.
La conexión deberá transmitir adecuadamente:
carga axial;
momentos;
cortantes;
acciones horizontales.
8. Vigas de arriostre
Las vigas deberán disponerse estratégicamente para generar una red de vinculación entre las 15 zapatas.
Dependiendo de la geometría definitiva de la estructura, podrán disponerse:
longitudinalmente;
transversalmente;
entre zapatas interiores y perimetrales;
en los ejes principales de la estructura.
La disposición exacta debe coincidir con la retícula estructural del proyecto.
9. Predimensionamiento de las vigas
La sección de las vigas de arriostre como etapa preliminar pueden evaluarse secciones rectangulares, por ejemplo:
20 × 30 cm,
20 × 40 cm,
25 × 40 cm,
dependiendo de las luces, cargas, función estructural, condiciones del suelo y requerimientos sísmicos.
Estos valores son alternativas de predimensionamiento, no dimensiones definitivas.
10. Comportamiento frente a asentamientos
El sistema de zapatas vinculadas permite que la estructura tenga un comportamiento más integrado.
Si una zapata experimenta un movimiento diferente al de las zapatas vecinas, las vigas de arriostre pueden contribuir a controlar determinados desplazamientos relativos.
Sin embargo:
Las vigas de arriostre no sustituyen un adecuado diseño geotécnico.
La capacidad portante y los asentamientos deben evaluarse considerando las características reales del terreno.
11. Capacidad portante del suelo
La superficie de cada zapata es:
La presión media transmitida al terreno se obtiene mediante:
donde � representa la carga de diseño correspondiente.
Debe cumplirse, de forma general:
donde:
� = presión de servicio transmitida al suelo.
� = capacidad admisible del terreno.
Por esta razón, las dimensiones de 1,40 × 1,40 m deberán ser verificadas mediante un estudio geotécnico.
12. Verificaciones estructurales necesarias
Cada zapata deberá verificarse, como mínimo, frente a:
A. Flexión
Determinación de la armadura necesaria en ambas direcciones.
B. Cortante unidireccional
Comprobación de la resistencia de la zapata frente al cortante.
C. Punzonamiento
Comprobación de la zona alrededor de la columna.
D. Compresión del hormigón
Verificación de las tensiones correspondientes.
E. Presión sobre el terreno
Comprobación de la presión máxima y mínima.
F. Estabilidad
Verificación frente a:
deslizamiento;
volcamiento;
excentricidad;
acciones horizontales.
G. Asentamientos
Evaluación de asentamientos totales y diferenciales.
13. Vigas de arriostre: verificaciones
Las vigas de arriostre deberán comprobarse considerando:
flexión;
cortante;
esfuerzos axiales cuando corresponda;
interacción con las zapatas;
anclaje de armaduras;
continuidad;
acciones sísmicas;
desplazamientos relativos;
condiciones de apoyo.
La armadura debe diseñarse a partir de los esfuerzos obtenidos del modelo estructural.
14. Hormigón y acero
Los materiales deberán definirse en el proyecto estructural definitivo.
Se deberá especificar:
Hormigón
resistencia característica a compresión;
asentamiento;
tamaño máximo del agregado;
durabilidad;
condiciones de exposición.
Acero
límite de fluencia;
diámetro de barras;
separación;
armadura longitudinal;
armadura transversal;
anclajes y empalmes.
15. Control constructivo
Durante la ejecución deberán controlarse especialmente:
Ubicación exacta de las 15 zapatas.
Alineación de las columnas.
Nivel de desplante.
Dimensiones de las excavaciones.
Calidad y compactación del terreno.
Armadura inferior de las zapatas.
Recubrimiento.
Posición de los arranques de columnas.
Continuidad de las vigas de arriostre.
Correcta colocación y vibrado del hormigón.
Curado.
Control de niveles y ejes.
16. Cuadro general preliminar
Elemento
Cantidad
Dimensiones preliminares
Zapatas aisladas
15
1,40 × 1,40 × 0,40 m
Columnas
15
0,15 × 0,30 m
Vigas de arriostre
Según retícula
A definir por cálculo
Zapatas por columna
1:1
Independientes
Área de cada zapata
1
1,96 m²
Volumen de una zapata
1
0,784 m³
Volumen total zapatas
15
11,76 m³
17. Criterio estructural global
El sistema puede representarse conceptualmente como una malla tridimensional de cimentación, donde las 15 columnas transmiten las cargas a sus respectivas zapatas y las zapatas quedan vinculadas mediante vigas de arriostre.