Introducción
He visto muchas veces en publicaciones de personas que comienzan la construcción de sus viviendas o edificios, fotografías de zapatas aisladas con doble parrilla.
Y a menos que se haga una revisión un poco exaustiva de la norma, no es muy fácil encontrar información respecto a por qué existen algunas fundaciones aisladas construidas de esta manera. La teoría indica en toda la bibliografía básica que la parrilla debería ir en la parte inferior como se muestra en las siguientes imágenes:
Los esfuerzos y solicitaciones
Se plantea la situación típica de cargas verticales que generarán una reacción vertical en el suelo que supondremos uniforme aunque dependiendo del tipo de suelo, esto pueda variar. Sin embargo a propósitos cualitativos de las solicitaciones esto último no tiene importancia.
Debido a la distribución de los esfuerzos de contacto hacia arriba entre el suelo y la zapata, se generan solicitaciones que traccionarán las fibras inferiores de la zapata y comprimirán las superiores. Además el momento flector generado es positivo como se ve en la figura:
Como se sabe, al tener solamente solicitaciones positivas de momento flector en la zapata, el acero necesario tendrá que ir solo en la cara inferior. Esto contradice al armado con parrilla superior que se ve en las imágenes arriba. Analicemos un poco más alla de las solicitaciones a ver qué nos dice la norma.
Si quieres entender un poco más del diseño de zapatas aisladas concéntricas, puedes ver la teoría del diseño completo en el enlace: DISEÑO DE ZAPATAS DE HORMIGÓN ARMADO
Lo que dice la norma
Cuando se hace una revisión a la norma ACI 318-14 respecto al diseño de fundaciones del capítulo 13, indica que todo el diseño debe basarse en directrices del capítulo 7 y 9 de la norma.
Acero por retracción y fraguado
Espero no empezar a marearte en este punto, pues tendremos que averiguar varios sectores de la norma según los artículos vayan haciendo referencias. Si nos vamos entonces al capítulo 7, menciona ciertos aspectos sobre el acero. Lo que nos interesa respecta al acero por retracción y fraguado y al acero mínimo. Lo que dice el capítulo 7 al respecto es:
Si nos vamos a este punto de la norma, el sector de interés indica que el acero puede colocarse en la cara inferior, superior o en ambas, en función a las condiciones específicas:
En el caso en particular de zapatas, las solicitaciones requieren que el acero vaya en la cara inferior y por tanto, el acero por retracción y fraguado convenientemente podrá ir también en esta cara. Se supone que si el concreto está comprimido en la cara superior de la zapata, esta no necesitará acero por retracción.
Acero mínimo
Para conocer si existe algún requisito de armado en la cara de compresión de la zapata por acero mínimo, consultamos nuevamente la norma ACI 138, donde en el capítulo 13 nos pide referirnos directamente al capítulo 7 y 9 para tal propósito. Consultando el capítulo 7 sobre losas en lo que respecta al acero mínimo tenemos:
Además quiero referirme a lo que dice el capítulo 8 (Losas en 2 direcciones) respecto al acero mínimo, pues las fundaciones aisladas tipo zapatas como las mostradas son al final un tipo de losa en 2 direcciones. La norma indica:
Como se ve en ambos capítulos, no existe ningún requerimiento de acero en la cara superior (de compresión) de la zapata.
Otras fuentes
En mucha bibliografía se indica solo el refuerzo inferior como refuerzo necesario para zapatas. Está por ejemplo la guía simplificada de la ACI 314 que indica lo siguiente:
Además de libros de diseño de cimentaciones como Calavera indican precisamente lo mismo:
Mccormac al respecto, no menciona nada acerca del acero superior en el diseño de zapatas, tal como muestran sus imágenes.
Casos excepcionales
Existe en la norma un solo artículo (por lo menos que yo haya encontrado. Si tu conoces otro puedes mencionarlo en los comentarios) donde habla sobre parrilla superior en zapatas aisladas. Este artículo corresponde a diseño sísmico, e indica lo siguiente:
Debido al efecto de levantamiento de uno de los lados de la zapata y debido a la carga de tierra encima del ala, se recomienda colocar parrilla por lo menos igual a la mínima en la cara superior de la zapata.
Conviene entonces tomar las medidas necesarias para que el apoyo conformado por la zapata no se eleve producto del levantamiento de la columna. Estas medidas son: profundidad suficiente del cimiento para que la tierra encima evite el levantamiento; Anclajes adecuados que eviten el arranque de la columna respecto de la zapata; Acero superior que resista el momento flector negativo de esta zapata.
Un segundo caso en el que se vaya a necesitar acero superior es cuando se diseñan zapatas combinadas, pero obviamente en esa situación ya entendemos perfectamente que el acero superior se debe a un momento flector negativo por la naturaleza misma de la fundación combinada, por tanto no merece un análisis detallado en esta publicación.
Conclusiones
Bajo todo lo expuesto, en mi opinión personal muchas de las veces que nos topamos ante la construcción de zapatas con doble parrilla, estamos ante un armado de la parrilla superior sin un propósito definido. Los casos de levantamiento de fundación producto de cargas laterales se dan en pocos casos.
Más pareciera que el «por si acaso» al momento de dibujar los aceros en la cara superior de las zapatas juega un papel mucho más predominante que las justificaciones fundamentadas en teoría. Así que la siguiente vez que te preguntes si el acero superior en fundaciones aisladas es necesaria, puedes estar seguro que en la gran cantidad de situaciones no será necesaria, a menos que la fundación esté expuesta a levantamientos o «arranques» hacia arriba debido a la esbeltez de la edificación.
Vídeo
Si no te gusta leer o quieres tener un análisis más dinámico del tema, te invito a ver el artículo presente en vídeo:
autor: Marcelo Pardo
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Leyendo un poco en este blog, como estudiante de ingeniería civil, me siento como en un parque de diversiones, muchos temas que solo vemos en una pasada en las clases aquí de verdad se siente que profundizan muchísimo en ellos y es de esperarse pues, solo que la manera de enseñar en la universidad me parece no es la adecuada, creo que estoy aprendiendo mas conceptos y procesos constructivos leyendo sus publicaciones que en el mismo salón de clases. ¡Un saludo!
Muchisimas gracias Manuel por tu apreciación. De verdad se siente un halago saber que este sitio web funciona tan bien, y además es ameno de leer. Un gran saludo, y por favor no dejes de escribir
¡Hola! Buen día, saludos desde méxico. En las normas técnicas complementarias para el diseño y construcción de estructuras de concreto,existe un apartado hablando de muros de concreto, que dice que si el muro es mayor a 150mm deberá de colocar doble emparrillado. Tratado de buscar en las mismas normas no he encontrado nada para zapatas.
Gracias por el aporte, precisamente vine aquí tratando de encontrar respuesta. Saludos
Muchas gracias por el dato Salvador!! Entre todos llegamos siempre a mejores respuestas
Agradecido con el Ing Marcelo, por toda la información que expone y la claridad de su resumen
Ingeniero Marcelo
Le manifiesto mi agradecimiento por sus aportes técnicos y conceptuales
Ha sido un gran apoyo para reflexionar y actuar en el ejercicio de la Ingeniería y el Diseño Estructural, y de hecho muchos de sus apuntes, los comento y debato con mis colegas y compañeros de labores, quedando todos muy al tanto en diferentes formas de ver y pensar las cosas al momento de tomar decisiones
Yo quiero hacerle una petición muy formal, y es la exponer bajo su metodología el adecuado Diseño de Pilas de Cimentación.
Es un tema bastante interesante, ya que, aunque existen programas como el GEO5, o Modelos con Resortes elaborados en ETABS y/o SAP2000, el adecuado paso a paso de este tipo de elementos de cimentación es complejo.
Saludos desde Colombia
Muchas gracias David por escribir!! Sin duda es complejo. Te confieso que nunca diseñé pilas de cimentación porque en el área donde trabajo el suelo es bastante bueno, (lecho de río y bastante roca) y nunca he necesitado calcularlos. Si hice cálculos de pilotes sometidos a empuje lateral para evitar reptación de taludes. Sin embargo podría escribir un poco al respecto. Este año pienso dedicarme un poco a la explicación (por lo menos académica) de diferentes tipos de fundaciones, para que quede por lo menos en registro de la página web para guía de cálculo para los que lo necesiten. Te envío un gran saludo!
Se me olvidó comentar que, he visto algunos diseños de cimientos para tanques de acero elevados para agua potable, en los que las 4 zapatas son regularmente de unos 50 a 60 cm de altura «h» y en todos los casos les han colocado 2 camas de acero. Un arquitecto, que fue el que diseño uno de esos tanques, hacía alarde de que cuando la zapata fuera de más de 50 cm es obligación colocar doble cama o parrilla de refuerzo. ¿En dónde lo leyó él? pues no lo sé. No me convenció él, y por eso me dá muchísimo gusto encontrar este tema, porque también estuve buscando por muchos lados y, no encontré mucha información útil. ¡¡¡Saludos inge!!!
Lo que si te puedo comentar, y lo comentaré en este siguiente vídeo que estoy elaborando, es que por lo menos en muros de contención se menciona que si el muro es más ancho que 30cm de espesor, debe contar con doble malla. Sin embargo para losas no he encontrado nada al respecto. Voy a seguir buscando
Ingeniero muy buenas noches, excelente nuevo año por cierto.
Excelente explicación y mucha razón. Gracias por compartir. Muchas personas ni siquiera conocen esa palabra. No hace mucho vi una película que en español se llama «Lucy», actúa el gran Morgan Freeman y mi novia Scarlett Johansson (jajajajajaj naaaa no se crean eso fue solamente una broma, por aquello de los celos).
Regresando al tema, traje al comentario esa película porque ahí se menciona la palabra compartir algunas veces, y lo que comparten, básicamente, es información.
Por otro lado, ¿las «patas» o escuadras a 90° hacia arriba de los aceros de la zapata son necesarias? ¿Cómo se calculan?
¿Es necesario calcular longitudes de desarrollo en zapatas? ¿Cómo y de donde a dónde?
De antemano ¡¡¡mil gracias!!!
Estuardo, los ganchos a 90 grados se colocan cuando la zapata es pequeña y la longitud de desarrollo a partir del punto de momento crítico es mayor que el ala de la zapata. Básicamente es eso. En un dibujo se entiende mejor que en texto. jeje! Haré un pequeño vídeo al respecto.
Saludos ingeniero Marcelo, estoy actualizando mi biblioteca técnica personal (la he conformado en más de 40 años de actividad profesional), con todas tus publicaciones y videos, te aseguro que es un tesoro para mi por la sencilles y facilidad que logras explicar temas complejos como es el hormigón armado, la resistencia de materiales o teorías de las estructuras.
Te reitero mi agardecimiento y admiración por tu profesionalidad.
Don Rodolfo, muchas gracias por escribir! De verdad estoy muy agradecido por el aprecio que tiene por mis publicaciones. Aunque tienen algunos errores, los voy corrigiendo y actualizando en el camino.
Seguiré subiendo contenido de manera más consecuente este año. LE mando un gran saludo!