zapatas y losas de cimentaciones

1. ZAPATAS Y LOSAS DE
CIMENTACIÓN
1. DEFINICIÓN DE ZAPATAS:
Una zapata es un tipo de cimentación superficial (normalmente aislada), que puede
ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a
compresión medias o altas. Consisten en un ancho prisma de hormigón (concreto)
situado bajo los pilares de la estructura. Su función es transmitir al terreno las
tensiones a que está sometida el resto de la estructura y anclarla.
Cuando no es posible emplear zapatas debe recurrirse a cimentación por pilotaje o
losas de cimentación.
2. TIPOS DE ZAPATAS:
Las zapatas de cimentación de dividirán en:
2.1. POR SU FORMADE TRABAJAR:
2.1.1.ZAPATAS AISLADAS:
Las zapatas aisladas, son elementos estructurales de concreto armado, que sirven
para repartir las cargas de la columna al suelo, de tal manera que la resistencia del
suelo las soporte. Se deduce que suelos de buena resistencia tendrán zapatas de
menor dimensión, con respecto a las construidas en suelos de menor resistencia.
Su diseño sirve de base para otro tipo de cimentaciones.
Los otros tipos de cimientos fallan por mecanismos similares a los de éstas zapatas:
por flexión, adherencia y anclaje, cortante punzonante y cortante por flexió

2. El diseño consiste en calcular, la forma y dimensiones del concreto, así como la
cantidad y tipos de acero de la zapata.
Se necesita como datos, conocer: la carga axial de la superestructura, la sección y
aceros de la columna que soporta, y la resistencia admisible del suelo (q adm), sobre
el que se diseña la zapata.
ELEMENTOS BASICOS
A, B = Dimensiones en planta de la zapatas
t = Dimensiones en planta de la columna

3. m = Longitud del volado de la zapata
H = peralte de la zapata
P = carga axial actuante
qadm = capacidad de carga admisible del suelo
Ld = longitud de anclaje por compresión (o tracción) delacero de columna
g= Peso específico promedio del relleno
Df = profundidad de cimentacións/c piso = sobrecarga de piso = 500 kg/m
A. SEGÚN NORMA:
 Armado de la parte inferior:
Se realiza un mallazo conformado por barras cruzadas; la separación entre
barras no ha de superar los 30 cm.
 Recubrimiento para evitar corrosiones:
Separación de las armaduras, entre 5 a 10 cm. del borde y del fondo de la
zapata, dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características
del terreno.
 Barras:
Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes, mínimo del 12, ante
posibles corrosiones.
La armadura longitudinal del pilar llega hasta el mallazo, por lo cual se colocan
armaduras de espera iguales que las de los pilares.
 Solape mínimo:
Considerar 30 veces el diámetro de la barra más gruesa del pilar
.
Normativa referida a zapata aislada de hormigón en masa o armado como cimiento
de soportes verticales: Norma Tecnológica NTE-CSZ

4. B. DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS
Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las
estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con
discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones
estables.
Conviene que las instalaciones del edificioestén sobre el plano de los cimientos, sin
cortar zapatas ni riostras.
Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado
10 cm. en el estrato del terreno.
La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin
alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones
del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar
a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en
aquellas zonas afectadas por estas variables.
En el caso que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos
pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes.
Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor
de 40 mm.
En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de
hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, antes de colocar las
armaduras.

5. 2.1.2.ZAPATAS COMBINADAS
Son aquellas fundaciones que soportan mas de una columna. Se opta por esta
solución cuando se tienen dos columnas muy juntas y al calcular el área necesaria
de zapata para suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas
se montan.
También se puede construir una fundación combinada en el caso de que una de las
columnas sea medianera y se quiera amarrar con una de las fundaciones interiores,
note que aquí la misma zapata cumpliría la función de viga de fundación.
Otro caso de fundaciones combinadas es cuando soportan mas de dos columnas.
Se puede dar cuando el esfuerzo admisible es pequeño y se requiere una gran área
de fundación. La combinación puede cubrir columnas de un solo eje y se convierte
en fundación alargada. Si se reunen todas las columnas de una edificación se
convierte en losa de fundación.
a. Fundaciones combinadas para dos columnas:
Filosofía de diseño: Se quiere que la presión de contacto sobre el suelo sea
uniforme para evitar cualquier rotación de la fundación. Esto se traduce en que
entre la resultante de las cargas actuantes de las columnas y la resultante de las
presiones del suelo no exista ninguna excentricidad. La posición de la resultante
debe coincidir con el centro geométrico de la fundación.

6. Las geometrías mas comunes para estas zapatas son:

7. La forma y dimensiones de las fundaciones salen de igualar las ecuaciones de
posición de la resultante con el centroide de la fundación. Por ejemplo en el caso
de fundación rectangular al igualar esta ecuaciones podemos despejar L. Una vez
determinado esta dimensión podemos conocer B por medio de la ecuación de
esfuerzos admisibles del suelo:
Si el lado L tiene alguna restricción particular, caso de medianería, y la dimensión
hallada es mayor que la disponible, entonces tenemos que recurrir a cambiar la
forma de la fundación, ya sea por formas trapezoidales o compuestas. En estas
formas toca resolver las ecuaciones colocando el valor máximo de L permitido y
asumiendo un valor ya sea de B1 o B2 y encontrando el otro.
Para el diseño de estas zapatas se sigue la misma metodología de las zapatas con
viga de fundación, o sea se construye un diagrama de momentos y cortante en el
sentido largo de la fundación y se calcula refuerzo y verifica corte con esos
diagramas; para el sentido corto se resuelve el problema como si fuera una
fundación simple. Se debe tener en cuenta que en realidad los esfuerzos se
reparten en las zonas cercanas a las columnas, entonces se coloca refuerzo de
voladizo en el sentido corto en una zona con líneas a 45 grados a partir del eje de
columna, en la zona que no abarcan estas líneas, o sea la central, se coloca refuerzo
mínimo.

8. - Continuas bajo pilares.
- Continuas bajo muros.
- Arriostradas.
Por su morfología:
- Macizas,
Que a su vez pueden ser.
- Rectas.
- Escalonadas.
- Piramidales.
- Aligeradas.
Por la relación entre sus dimensiones (lo que condiciona su forma de trabajo).
- Rígidas. En las que el vuelo es menor o igual a dos veces el canto.
- Flexibles. En las que el vuelo es mayor a dos veces el canto.
Por la forma:
- Rectangulares, cuadradas, circulares y poligonales.
El uso de las zapatas aisladas como elemento de sustentación está limitado y se
emplean
cuando el terreno tiene, ya en su superficie, una resistencia media o alta en
relación con las
cargas, y es suficientemente homogéneo como para que no sean de temer
asientos diferenciales.
En el proyecto de obras de edificación de cualquier tipo deberá figurar,
expresamente, una
exposición detallada de las características del terreno, a cuyos efectos el Técnico
que lo redacta
podrá exigir al propietario un estudio del suelo y subsuelo, formulado por Técnico
competente.
Para su dimensionamiento y cálculo se adopta en todos los casos la hipótesis de
reparto
de presiones lineal, que corresponde al caso de cimiento rígido sobre terreno
elástico. En casos
excepcionales, en los que la importancia de la obra lo requiera, se adoptarán
repartos diferentes
para un dimensionamiento más apropiado de estos elementos.
Para el análisis y dimensionamiento riguroso de estos elementos aconsejamos al
alumno
la lectura y estudio de las obras:
- Cimentaciones de Hormigón Armado, autores; Montoya-Meseguer-Morán.
- Cálculo de Estructuras de Cimentación, autor; J. Calavera.
Abordaremos solo el análisis de zapatas rectangulares por ser las más utilizadas.
Se
realizará así mediante la condición de no existencia de tracciones en el terreno y
con análisis

9. separados en las dos direcciones principales, cuando existan momentos
aplicados en ambas.
ZAPATAS CONTINUADAS
Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares
alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja,media o alta. Las zapatas
de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros
excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de "L" para no invadir la
propiedad del vecino. Las zapatas interiores sustentan muros y pilares según su eje y la
sección muro-zapata tiene forma de T invertida; poseen la ventaja de distribuir mejor el
peso del conjunto.
se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada
cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la
resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno.
Por practicidad se adopta una altura mínima para los cimientos de hormigón de 30
cm.aproximadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo
en cuenta el ángulo de reparto de las presiones.
En el caso de que la tierra tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se
utilizarán encofrados. Si los cimientos se realizan en hormigón apisonado, pueden
hormigonarse sin necesidad de los mismos.
Si los trabajos de cimentación debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la
junta vertical para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. Asimismo colocar unos
hierros de armadura reforzará esta unión.
Las Zapatas Corridas son, según el Código Técnico de la Edificación CTE, aquellas
zapatas que recogen mas de tres pilares. Las considera así distintas a las zapatas
combinadas, que son aquellas que recogen dos pilares. Esta distinción es objeto de debate
puesto que una zapata combinada puede soportar perfectament
Bajo una línea de pilares puede proyectarse una zapata continua o corrida común para todos
los pilares. Asimismo, cuando el elemento estructural es lineal, muro de fábrica de ladrillo
o mampostería, la zapata bajo el mismo es continua.
No obstante, el planteamiento del cálculo difiere sustancialmente, debido a que el
comportamiento del terreno frente a cada una de las solicitaciones es totalmente distinto.
En el caso de zapata continua bajo una línea de pilares, no es válido admitir como norma
general la reacción uniforme del terreno. Para el cálculo de este tipo de zapatas es necesario
plantear el problema elástico de forma más rigurosa, buscándose modelos matemáticos del

10. suelo, de los cuales el más conocido y difundido por su sencillez es el modelo de
WINKLER, que conduce al llamado método del «coeficiente del balasto», que parte de la
hipótesis básica de suponer que, en cualquier punto, el asiento es proporcional a la presión
que en él se desarrolla. Con este planteamiento se estudia la cimentación por zapatas corri
das en el supuesto de que su forma de trabajo sea la correspondiente a una viga; es el
cálculo como «viga flotante», que se trata en el Capítulo siguiente.
Cuando la zapata corrida recibe un muro, el problema puede abordarse, de forma más
sencilla, estudiándola a flexión en el sentido transversal al muro o zapata, y con
distribución uniforme de tensiones en el sentido longitudinal. En general bajo muros de
fábrica se suelen hacer. zapatas de hormigón en masa de gran canto, figura 3.38 a) o bien
soluciones del tipo de la figura 3.38 b).
Figura 3.38

11. Losas de Cimentación.
Una placa continua de cimentación es una subestructura que transmite las cargas
al suelo y que
generalmente abarca toda el área de la base de la subestructura, como si fuera una
losa de piso. Una
losa de cimentación fácilmente se construye si tiene un espesor uniforme.
Se presenta un método aproximado para el análisis y diseño de placas de
cimentación, suponiendo
que la placa debe ser rígida, gruesa y resistente, las columnas deberán estar
apoyadas en dados o
pedestales, éstos tienen el mismo objetivo que los capiteles en una losa plana de
piso, es decir,
ampliar la zona critica para absorber esfuerzos cortantes y momentos flexionantes,
evitando
concentraciones de esfuerzos locales peligrosos. Se parte de considerar que la
placa es rígida y la
carga constante, que el suelo plástico se comprimirá de tal manera que la carga de
cada columna se
distribuirá casi uniformemente bajo la placa en las inmediaciones de dicha columna
particular.

12. Placa de cimentación para un edificio
Se colocarán dados o pedestales en cada columna con el objeto de ampliar las
secciones críticas hasta un perímetro suficiente con el fin de evitar concentraciones
locales de esfuerzos cortantes y flexionantes críticos que puedan provocar fallas en
la losa; se puede usar otras alternativas como, un armado embebido en el espesor
de la losa pero rehundido, como si fueran zapatas aisladas. Las dimensiones de la
base del dado, hp = ancho del pedestal, se recomienda que este comprendido entre
un quinto y un cuarto del claro entre columnas.
La obtención de las cargas o presiones de contacto sobre la losa de cimentación se
pueden obtener considerando que debido a que la placa es rígida y las cargas
constantes, el suelo plástico se comprimirá y se reajustará, de tal manera que la
carga de cada columna se repetirá casi uniformemente bajo la losa.
En la zona próxima a la columna la presión del suelo se obtiene con la expresión
Se puede despreciar el peso propio de la losa de acuerdo a criterio del calculista.
En los casos donde las cargas de columnas contiguas, difieran mucho, no es
recomendable usar este tipo de cimentación debido a la posibilidad de un

13. hundimiento local por que la placa no puede repartir cargas desiguales a distancias
alejadas en suelos compresibles.
Se recomienda que la relación entre los claros de columnas largo a corto en
direcciones ortogonales no sea mayor de 1.2. Los claros entre ejes de columnas no
deben ser mayores de 6 o hasta 7 metros, ya que de mayores dimensiones se
requerirá una losa muy gruesa.
Para el análisis se considera a la losa dividida en franjas de columnas que tenga
un ancho de hp + 3d, o un valor mayor, sin rebasar la mitad de la longitud de claros
de lados contiguos, el valor d es el peralte efectivo de la losa.
se obtiene una retícula de vigas o franjas de columnas, si esta retícula de vigas es
el adecuado se puede imaginar que las losas de las franjas centrales están
apoyadas en las vigas, en la figura 4.1 se ilustran las franjas de ejes y con sombra
las pequeñas losas centrales.
Para canalizar las cargas o presiones del suelo, se trazan líneas a 45° a partir del
centro de columnas, resultando áreas de forma triangular o trapezoidal, vea figura
Las presiones bajo la superficie abdc se pueden considerar que se distribuyen de
la siguiente forma, la franja de columnas soportará la carga correspondiente al área
que le corresponde a dicha franja y los pequeños triángulos sobrantes se canalizan
a la losa central ghij.
En forma similar se procede a distribuir cargas correspondientes al área
aeck, y de la misma manera se realiza la distribución para toda la superficie.
Ahora se procede al análisis estructural. El cálculo para las franjas de columnas o
vigas planas se puede realizar como vigas continuas, usando el método de
distribución de momentos o mas conservadoramente como vigas doblemente
empotradas.

14. Losa de cimentación y momentos flexionantes
La losa central se puede analizar como una tablero empotrado en sus cuatro bordes,
por ejemplo el tablero ghij, dichos empotres se consideran en los bordes de las
vigas planas.
Otra alternativa es considerar el empotramiento a una distancia, del borde, de un
20% del ancho de las franjas, pero sin exceder el peralte efectivo de la losa. Para
analizar la losa se puede usar cualquiera de los métodos de diseño de losas
propuestos por los reglamentos.

15. Una recomendación conservadora para el diseño es la siguiente, para determinar el
armado inferior se considera a la losa como si estuviera empotrada en los bordes
de las franjas y para el armado superior se considera como simplemente apoyada
a lo largo de dichos bordes.
Conocidos los elementos mecánicas se procede a diseñar, o sea a determinar las
cantidades de refuerzo en las vigas anchas y en las losas centrales.

16. ANALISIS DE CONDICIONES DE
CIMENTACIÓN
1. CARGAS A UTILIZAR
Para la elaboración de las conclusiones del EMS, y en caso de contar con la
información de las cargas de la edificación, se deberán considerar:
a) Para el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones: se utilizarán
como cargas aplicadas a la cimentación, las Cargas de Servicio que se
utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo de
la edificación.
b) Para el cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre
suelos granulares y cohesivos: se considerará la Carga obtenida de
acuerdo a la Norma Técnica de Edificación E .020 Cargas.
c) Para el cálculo de asentamientos, en el caso de edificaciones con sótano
en las cuales se emplee plateas o losas de cimentación, se podrá
descontar de la carga total de la estructura (carga muerta más sobrecarga
más el peso de losa de cimentación) el peso del suelo excavado para la
construcción de los sótanos.
2. ASENTAMIENTO TOLERABLE:
En todo EMS se deberá indicar el asentamiento tolerable que se ha
considerado para la edificación o estructura motivo del estudio. El
Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsión angular mayor
En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar
como el 75% del asentamiento total.

17. Asentamiento Diferencial

18. 3. CAPACIDAD DE CARGA
La capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo y se
determina utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos.
En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-arcillosa), se debe emplear
un ángulo de fricción interna ( ) igual a cero.
En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-arenosas), se debe emplear
una cohesión (c) igual a cero.
4. FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A UNA FALLA
POR CORTE
Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son
los siguientes:
a) Para cargas estáticas: 3,0
b) Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable):
2,5

19. 5. PRESIÓN ADMISIBLE
La determinación de la Presión Admisible, se efectuará tomando en cuenta
los siguientes factores:
a) Profundidad de cimentación.
b) Dimensión de los elementos de la cimentación.
c) Características físico – mecánicas de los suelos ubicados dentro de la
zona activa de la cimentación.
d) Ubicación del Nivel Freático, considerando su probable variación durante
la vida útil de la estructura.
e) Probable modificación de las características físico – mecánicas de los
suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad.
f) Asentamiento tolerable de la estructura.
 La presión admisible será la menor de la que se obtenga
mediante:
a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada
por el factor de seguridad correspondiente
b) La presión que cause el asentamiento admisible.