El diseño de cimentaciones generalmente se puede dividir en dos partes: diseño geotécnico y diseño de hormigón armado. El diseño geotécnico se centra en la interacción entre la zapata y el suelo de soporte. Incluye la verificación de la presión admisible del suelo, así como las comprobaciones de levantamiento, vuelco y deslizamiento utilizando el Diseño por Tensiones Admisibles (ASD). El diseño de hormigón armado incluye el diseño a flexión, cortante unidireccional, cortante bidireccional (punzonamiento) y el detallado de la armadura según el Diseño por Resistencia (LRFD).
Modelado de la zapata aislada
Primero se debe asignar un apoyo nodal a la columna antes de poder definir una cimentación. En el menú desplegable están disponibles varios tipos de cimentación (Imagen 2). Para la norma ACI, actualmente solo se admite la zapata aislada. Los tipos de cimentación restantes estarán disponibles en versiones futuras. Las dimensiones de la zapata, el recubrimiento de hormigón y la armadura se especifican en las pestañas siguientes.
En la pestaña Armadura de placa, se define el diámetro de la barra de armadura y la separación. El número resultante de barras de armadura se muestra en la disposición de armaduras (Imagen 2).
En la pestaña Propiedades del suelo, se especifican el nivel freático y el recubrimiento de tierra (Imagen 3). Los materiales de suelo disponibles sirven principalmente como plantillas, permitiendo modificar propiedades como el peso específico y el ángulo de fricción según sea necesario.
En la pestaña Configuraciones geotécnicas, se puede especificar la presión bruta admisible del suelo y el coeficiente de fricción (Imagen 4).
Ejemplo
Se utiliza el ejemplo de cimentación 4 del Manual de Diseño de Hormigón ACI [3] para verificar los resultados obtenidos del modelo RFEM. El ejemplo considera una zapata rectangular aislada que mide 5.5 pies x 10.0 pies x 2.833 pies que soporta una columna cuadrada de 18 pulgadas.
La base de la zapata se encuentra a 4 pies por debajo del nivel del terreno terminado, resultando en una altura de recubrimiento de tierra de:
4.0 pies − 2.833 pies = 1.167 pies
La opción para incluir el recubrimiento de tierra está disponible en la pestaña Casos de carga (Imagen 5), mientras que la altura del recubrimiento de tierra se introduce en la pestaña Propiedades del suelo (Imagen 3).
Este ejemplo se centra solo en la combinación de carga controlante D + L + W utilizando la presión neta admisible del suelo proporcionada de 8,000 psf. En RFEM, se especifica la presión bruta admisible del suelo porque esto es más común en los informes geotécnicos actuales.
Las cargas aplicadas, las propiedades del material y la disposición de la armadura se muestran en la Imagen 6.
Para el diseño geotécnico, el ejemplo ACI asume una presión admisible aumentada usando la combinación de carga D + L + 0.6W, donde las cargas viva y de viento no se reducen por el factor de 0.75 que se aplica típicamente a las combinaciones de carga ASD. Para coincidir con el ejemplo ACI, se crea por lo tanto una combinación de carga definida por el usuario en RFEM.
Resultados
Después de ejecutar el cálculo de Cimentaciones de hormigón, los resultados se muestran en la tabla Relaciones de diseño en nudos. Las comprobaciones de la armadura mínima a flexión se presentan en la tabla Armadura en cimentación, mientras que la pestaña Armadura no cubierta por nudo resume cualquier ubicación con armadura insuficiente (Imagen 7).
El detalle de la comprobación de diseño incluye las ecuaciones gobernantes y las referencias a las disposiciones correspondientes de ACI 318 (Imagen 8).
Los resultados del Manual de Diseño de Hormigón ACI y RFEM se resumen en la tabla que se muestra en la Imagen 9.
Conclusión
El complemento Cimentaciones de hormigón permite el diseño de zapatas aisladas rectangulares de acuerdo con ACI 318 e IBC dentro de RFEM 6. El ejemplo de verificación demuestra una estrecha concordancia entre los resultados de RFEM y el Manual de Diseño de Hormigón ACI, confirmando la precisión de los procedimientos de diseño geotécnico y de hormigón armado implementados. Con comprobaciones integradas para presión admisible, estabilidad, flexión y cortante, el complemento proporciona un flujo de trabajo eficiente para el diseño de zapatas aisladas, mientras que se planean características adicionales como la longitud de desarrollo y el diseño de espigas para futuras versiones. Junto con sus capacidades de diseño de barras y placas base, RFEM 6 proporciona un flujo de trabajo completo para diseñar toda la estructura dentro de un único modelo.
