Zapatas excéntricas - Conceptualización del problema

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Zapatas excéntricas - conceptualización del problema

Existen diversas maneras de construir y calcular este tipo de zapatas.  Una de ellas es mediante vigas de equilibrio.  Visita el link siguiente para entender el procedimiento de Viga de equilibrio para zapatas.

Cuando la zapata trabaja sin la ayuda de estas vigas de equilibrio, el cálculo se hace algo más complejo pues las reacciones del suelo y la distribución de esfuerzos hacia la zapata dependen mucho de la rigidez de la columna que se apoya en la zapata excéntrica y de la misma zapata excéntrica. 

Mientras más larga sea la dimensión B de la zapata, menos uniformes serán los esfuerzos:

Como se ve en ambas imágenes contrapuestas, te darás cuenta que mientras más corta sea la distancia de B, más uniformes serán los esfuerzos debajo de la zapata.  Sin embargo no queremos que esta distancia sea tan corta, que la zapata se convierta en una viga de cimentación. 
la relación B/L suele estár entre 0.5 a 0.7 ;   Mientras más cercana sea la relación B/L = 1, más los esfuerzos se parecerán al segundo gráfico.  Lo malo en este caso es que el sector más alejado a la columna probablemente ni siquiera aporte a la transmisión de esfuerzos de la columna al suelo. 

El problema no termina ahí.  Por otro lado, la rigidez de la columna juega un papel importante en la distribución de esfuerzos en el suelo.  Mientras menos rígida sea la columna, más fácil será para la zapata rotar respecto al talón de la zapata.   Rigidizar la columna suele ser una de las mejores opciones para tener una distribución uniforme en el suelo. 

Obviamente la segunda opción del último gráfico sería la preferencia de cualquier ingeniero calculista. Sin embargo la arquitectura del proyecto la mayoría de las veces no nos permite darnos el lujo de construir columnas donde la rigidez más alta esté orientada en el sentido de la excentricidad. 

Con todas estas consideraciones mencionadas, está claro que la determinación de los esfuerzos en el suelo está en función a varios factores, por lo que el modelado de una zapata excéntrica sin viga de equilibrio es algo compleja.  ESTE ES ENTONCES UN CLARO CASO DE INTERACCIÓN SUELO - ESTRUCTURA, donde los esfuerzos y solicitaciones dependen tanto de la geometría de la estructura como de las propiedades elásticas del suelo. 

Existen modelos matemáticos que nos permiten modelar estos elementos con una precisión que sin la ayuda de un computador hace años no se lograba. 

Uno de los modelos más cercanos a la realidad podría consistir en usar resortes en el suelo mediante la determinación del coeficiente de balasto K del suelo.

De esta manera se simula una respuesta elástica del suelo que nos dará un diagrama de esfuerzos que estará en función tanto de la deformación del suelo como de los materiales de hormigón.

Otra alternativa mucho más elaborada pero en la mayoría de los casos fuera de propósitos prácticos podría consistir en modelar el suelo como una malla de elementos finitos en 2 dimensiones con elementos de esfuerzo plano, incluso emulando elastoplasticidad y consolidación. Sin embargo este tipo de modelos no se realizan normalmente por el coste computacional y además por que mediante métodos más simples se consiguen resultados aceptables. 

En una siguiente publicación se elaborará un ejemplo completo de diseño de zapatas excéntricas.

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