ZAPATAS CON DOBLE EXCENTRICIDAD

Se tiene una zapata sometida a una carga vertical última Qu y a un momento M. Sean Mx y My las componentes del momento M respecto a los ejes x e y. Como se muestra en la figura 1c)

Estáticamente esta situación es equivalente a una carga Qu colocada excéntricamente en la zapata.

Las excentricidades se muestran en la figura d).

En dirección x es eB (paralela al lado B) y queda definida por eB = My / Qu

En dirección y es eL (paralela al lado L) quedando definida por eL = Mx / Qu

La carga última total que puede soportar la zapata es:

Qu = qu´ A´

A´ = área efectiva = B´ L´ = parte de la zapata que trabaja realmente.

qu´ = C Nc Fcs Fcd Fci + q Nq Fqs Fqd Fqi + 0.5  B´ N Fs Fd Fi

= ecuación general de capacidad de carga de un suelo.

Para calcular los factores Fcs, Fqs y Fs se usan las expresiones de la tabla teniendo la precaución de emplear en lugar de L y B las dimensiones efectivas L´ (largo efectivo) y B´ (ancho efectivo) respectivamente.

Según la posición de la carga última, se pueden presentar cuatro casos:

CASO 1

eL / L " 1/6 y eB " 1/6 (ver figura siguiente )

Area efectiva A´ = ½ B1 L1

Siendo B1 = B (1.5 - 3 eB / B)

L1 = L (1.5 - 3 eL / L)

Se tomará como largo efectivo L´ al mayor entre B1 y L1

El ancho efectivo B´ = A´ / L´

CASO 2

EL < 0.5 y 0 < eB < 1/6 (ver figura siguiente )

A´ = ½ (L1 + L2 ) B

Las magnitudes de L1 y L2 pueden determinar del gráfico 3b. El ancho efectivo es :

B´ = A´ / L1 ó L2 (el mayor)

EL largo efectivo es:

L´ = L1 ó L2 (el que sea mayor)

CASO 3

eL < 1/6 y 0 < eB / B < 0.5

En la figura siguiente se muestra el área efectiva

A´ = ½ (B1 + B2) L B1 y B2 se obtienen del gráfico b

Ancho efectivo B´ = A´ / L

Largo efectivo L´ = L

CASO 4

eL / L < 1/6 y eB / B < 1/6 El área efectiva se muestra en fig. 5a siguiente

La razón B2 / B se determina con las curvas eL / L que son ascendentes.

La razón L2 / L se determinan con las curvas eL / L que son descendentes.

EL área efectiva es A´ = L2 B + ½ (B + B2)(L - L2)

EL ancho efectivo es B´ = A´ / L

EL largo efectivo es L´ = L

EJEMPLO

Se tiene una zapata cuadrada de 2*2 m con Df = 1m en arena de  = 1.7 T/m3 y  = 30°. Carga vertical. La carga es excéntrica en dos direcciones:

eL = 40 cm y eb = 20 cm

Encontrar la carga última Qu.

eL / L = 40 / 200 = 1/5 = 0.2 < 0.5 CASO II

eB / B = 20 / 200 = 1/10 = 0.1 < 0.16

Entrando al gráfico 3b con eL / L = 0.2 y eB / B = 0.1

L1 / L = 0.85 L1 = 0.85 * 2 = 1.7 m

L2 / L1 = 0.21 L2 = 0.21 * 2 = 0.42 m

A´ = ½ (L1 + L2) B = 1/3 (1.7 + 0.42) 2 = 2.12 m

L´ = L1 = 1.7 m

B´ = A´ / L´ = 2.12 / 1.7 = 1.247 m

Aplicando la ecuación general de capacidad de carga con c = o

qu´ = q Nq Fqs Fqd Fqi + ½  B´ N Fs Fd FI

para  = 30° Nq =18.4 y N =22.4

q =  Df = 1.7 * 1 = 1.7 T/m2

Todos los Fi = 1 (carga vertical)

Fqs = 1 + (B´ / L´) tg = 1+ (1.247 / 1.7)tg30° = 1.42

Fs = 1 - 0.4 (B´ / L´) = 1 - 0.4 (1.247 / 1.7 ) = 0.71

Fqd = 1 + 2tg (1-sen)2 Df / B = 1 + 2 tg30° (1 - sen30°)2 ½

Fqd = 1 + 1.15 * 0.25 * 0.5 = 1.14

Fjd = 1

Reemplazando:

qu´ = 1.7 * 18.4 * 1.42 * 1.14 + 0.5 * 1.7 * 1.247 * 22.4 * 0.71 * 1

qu´ = 50.64 + 16.86

qu´ = 67.5 T/m2

Qu´ = qu´ / A´

Qu´ = 67.5 * 2.12 = 143.1 Ton.