PLANO DE CIMENTACIÓN

La base sobre la que descansa todo el edificio o construcción es lo que se le llama cimientos. Rara vez estos son naturales. Lo más común es que tengan que construirse bajo tierra. La profundidad y la anchura de los mismos se determinan por calculo, de acuerdo con las características del terreno, el material de que se construyen y la carga que han de sostener.

El plano de cimentación interesa también fundamentalmente desde el punto de vista de su construcción. De ahí que se delineen atendiendo nada mas que a su forma y disposición.

La representación más sencilla consiste en el trazado de las líneas exteriores de los cimientos y de su eje, que es también el de las paredes que descansan sobre ellos. El eje se delinea para facilitar el replanteo de los cimientos sobre el terreno, el cual se utiliza como guía para apertura de las zanjas. Es frecuente añadir a la planta de cimientos la representación con líneas de trazos, del ancho de las paredes que apoyan sobre ella. Las variantes que pueden darse suelen ser en la representación de las paredes: representación solo parcial en los ángulos, representación por medio de tramados, etc.

CONTENIDO DEL PLANO:

• Indicar limites de terreno.

• Indicar ejes principales o constructivos en ambos lados.

• Indicar cotas parciales, acumulativas y totales.

• Indicar banco de nivel.

• Indicar banco de trazo.

• Indicar ángulos internos de ejes principales.

• Indicar curvas de nivel del terreno natural.

• Indicar el perfil del terreno natural.

• Indicar el perfil del proyecto al nivel del firme.

• Un corte longitudinal.

• Un corte transversal.

• Detalles de cimientos: planta y sección a la misma escala.

• Cuadro de simbología.

• Escala grafica y numérica.

• Tabla de especificaciones.

• Norte.

• Membrete.

GENERALIDADES

Definición:

La cimentación es la parte estructural del edificio, encargada de transmitir las cargas al terreno, el cual es el único elemento que no podemos elegir, por lo que la cimentación la realizaremos en función del mismo. Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que nos influye en la decisión de la elección de la cimentación adecuada.

La finalidad de la cimentación es sustentar estructuras garantizando la estabilidad y evitando daños a los materiales estructurales y no estructurales. Los problemas que se presentan en la cimentación de un edificio o una estructura pueden dividirse en:

• Estudio del material que forma el terreno en que se construirá el edificio.

• Estudio realizado en el laboratorio de mecánica de suelos.

Un cimiento es aquella parte de la estructura que recibe la carga de la construcción y la transmite al terreno por medio del ensanchamiento de su base. La base sobre la que descansa todo el edificio o construcción es lo que se le llama cimientos. Rara vez estos son naturales. Lo más común es que tengan que construirse bajo tierra. La profundidad y la anchura de los mismos se determinan por calculo, de acuerdo con las características del terreno, el material de que se construyen y la carga que han de sostener.

Clasificación de cimentaciones:

Estas pueden ser superficiales, profundas y especiales.

• Superficiales :

Son superficiales cuando transmiten la carga al suelo por presión bajo su base sin rozamientos laterales de ningún tipo. Un cimiento es superficial cuando su anchura es igual o mayor que su profundidad. engloban las zapatas en general y las losas de cimentación. Los distintos tipos de cimentación superficial dependen de las cargas que sobre ellas recaen.

Puntuales—zapatas aisladas----- aislada, centrada, combinada, medianera, esquina

Lineales—zapatas corridas----- bajo muro, bajo pilares, bajo muro y pilares

Superficiales—losas de cimentación

Ejemplos: zapata corrida de concreto reforzado

cimentación corrida de concreto ciclópeo

zapatas comunes o combinadas

losa de cimentación

• Profundas:

Son profundas aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base, pero pueden contar, además, con rozamiento en el fuste.

Ejemplos: cimentación a base de pilotes

Pilas o cajones

Cilindros de cimentación

Generalmente, toda construcción sufre un asentamiento en mayor o menor grado, el cual dependiendo de lo adecuado que haya sido el estudio de la mecánica de suelo y la cimentación escogida. No obstante, un asentamiento no causara mayores problemas cuando el hundimiento sea uniforme y se hayan tomado las debidas precauciones para ello. Sin embargo, en las cimentaciones aisladas y en las corridas, con frecuencia aparecen hundimientos diferenciales más pronunciados en el centro de la construcción. Esto se debe principalmente a la presencia de los bulbos de presión y a la costumbre generalizada de mandar mayores cargas en la parte central de la edificación.

Por lo anterior, resulta más conveniente cargar el edificio en los extremos que en el centro y diseñar la cimentación de tal manera que esta permanezca muy bien ligada entre sí,

Procurando siempre que los ejes de cimentación se encuentren suficientemente alejados, con lo cual se evitara que los bulbos de presión se encimen unos con otros y provoquen sobre fatigas en el suelo.

Si el peso de la construcción hace que las zapatas empiecen a juntarse, es mejor optar por la cimentación corrida o losa de cimentación.

Cuando el peso de un edificio es muy grande, al grado que el terreno es ya incapaz de soportarlo, será entonces necesario recurrir a los pilotes, pilas o cajones, para transmitir la carga a otros estratos más profundos y resistentes del suelo, lo cual se logra con la fricción a lo largo del pilote (pilotes de fricción), o bien con pilotes que transmitan la carga a un estrato o manto con mayor capacidad soportante (pilotes de punta apoyados en capa resistente.

Cimentaciones superficiales

Los cimientos superficiales son aquellos que descansan en las capas superficiales del suelo, las cuales son capaces de soportar la carga que recibe de la construcción por medio de la ampliación de base.

El material mas empleado en la construcción de cimientos superficiales es la piedra (básicamente tratándose de construcciones ligeras), en cualquiera de sus variedades siempre y cuando esta sea resistente, maciza y sin poros. Sin embargo, el concreto armado es un extraordinario material de construcción y siempre resulta más recomendable.

Cimiento ciclópeo:

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con parámetros verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo es sencillo y económico.

El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas.

Cimientos de concreto armado:

Los cimientos de concreto armado se utilizan en todos los terrenos pues aunque el concreto es un material pesado, presenta la ventaja de que en su calculo se obtienen, proporcionalmente, secciones relativamente pequeñas si se les compara con las obtenidas en los cimientos de piedra.

Cimentaciones corridas:

Es un tipo de cimiento de hormigón o de hormigón armado que se desarrolla linealmente a una profundidad y con una anchura que depende del tipo de suelo. Se utiliza primordialmente para transmitir adecuadamente cargas proporcionadas por estructuras de muros portantes. Se usa también para cimentar muros de cerca, muros de contención por gravedad, para cerramientos de elevado peso, etc. Las cimentaciones corridas no son recomendables cuando el suelo es muy blando.

Esfuerzos de terreno (qs)

• Para esfuerzos de terreno menores a 1 kg/cm2 : se estimara un peso propio del cimiento corrido en el orden de 10% de la descarga.

• Para esfuerzos de terreno mayores a 1 kg/cm2 pero menor a 2 kg/cm2 : se estimara un peso propio de cimiento corrido en el orden del 8% de la descarga.

• Para esfuerzos de terreno mayores a 2 kg/cm2 : se estimara un peso propio de cimiento corrido en el orden de un 6% de la descarga.

Es importante que los cimientos sean concéntricos con los muros que soportan, con esto se evita sobrecargar uno de los bordes a resultas de la excentricidad producida. Cuando un muro tenga adosado un pilar o un contrafuerte, el cimiento debe ensancharse al llegar al mismo con un vuelo por lo menos igual al correspondiente del muro.

Esta formada por concreto ciclópeo, el cual es 40% piedra bola y el 60% de concreto. Este tipo de cimentación es comúnmente utilizado en casas habitación y es la que recibe la carga de la súper-estructura transmitiéndola al terreno.

DETALLE 1:

• contracimiento de concreto armado reforzado con 4 varillas #3 y estribos del #2 espaciados a 4 cms, amarrados con alambre recocido calibre #8.

• Relleno con grava cementado, suelo cemento, tepetate a piso. Mada en sepas o capas de 20 cms de espesor con sistema de riego a mano.

• Concreto ciclópeo: 40% de piedra brasa y 60% de proporción 1: 5:2.

• RECOMENDACIONES: se deberá mojar la piedra brasa para que no absorba la humedad del mortero, de la misma forma debe de humedecerse el fondo de la excavación evitando que se formen charcos.

Cuando la profundidad de la cimentación corrida es mas de 1 m se recomienda utilizar otro tipo de cimentación. El ancho mínimo de esta cimentación suele ser de 50 cm, ya que es muy difícil para el trabajador excavar un ancho menor, y se recomienda que a mayor profundidad este sea más ancho.

Cimentación por zapatas:

En general son de planta cuadrada, pero en la proximidad de los lindes suelen hacerse rectangulares o circulares cuando los útiles de excavación dejan los pozos de esta forma. Se hacen de hormigón armado para que sean capaces de distribuir fuertes cargas en una superficie importante. Esta solución será satisfactoria mientras las zapatas no se junten demasiado; de ocurrir esto será mejor la cimentación corrida. Esta formada por concreto armado, esto quiere decir que esta conformada por concreto y acero, el cual debe ir armado según los cálculos de las cargas que reciba dicha cimentación. Este tipo de cimentación se utiliza en obras grandes en las cuales debido al área de construcción y al terreno, no se pueden utilizar las cimentaciones corridas.

Las zapatas pueden ser de hormigón en masa o armado con planta cuadrada o rectangular como cimentación de soportes verticales pertenecientes a estructuras de edificación, sobre suelos homogéneos de estratigrafía sensiblemente horizontal.

Las zapatas aisladas para la cimentación de cada soporte en general serán centradas con el mismo, salvo las situadas en linderos y medianeras, serán de hormigón armado para firmes superficiales o en masa para firmes algo más profundos.

De planta cuadrada como una opción general. De planta rectangular, cuando las cuadradas equivalentes queden muy próximas, o para regularizar los vuelos en los casos de soportes muy alargados o de pantallas.

Como nota importante hay que decir que se independizaran las cimentaciones y las estructuras que esten situados en terrenos que presenten discontinuidades o cambios sustanciales de su naturaleza, de forma que las distintas partes del edificio queden cimentadas en terrenos homogéneos. Por lo que el plano de apoyo de la cimentación será horizontal o ligeramente escalonado suavizando los desniveles bruscos de la edificación.

La profundidad del plano de apoyo o elección del firme, se fijara en función de las determinaciones del informe geotécnico, teniendo en cuenta que el terreno que queda por debajo de la cimentación no quede alterado, pero antes para saber que tipo de cimentación vamos a utilizar tenemos que conocer el tipo de terreno según el informe geotécnico.

DETALLE 2.

• Zapatas aisladas.

Es aquella zapata en la que descansa o recae un solo pilar. Encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno.

Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso se denomina “zapata ajo pilar en junta de diapasón”.

La zapata no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras si que es normal además de aconsejable poner una junta cada 30 mts aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar.

Importante es saber que además del peso del edificio y las sobrecargas, hay que tener también en cuenta el peso de las tierras que descansan sobre sus vuelos.

La zapata aislada comúnmente se utiliza para transportar la carga concentrada de una columna

cuya función principal consiste en aumentar el área de apoyo en ambas direcciones.

En general, su construcción se aconseja cuando la carga de la columna es aproximadamente 75% mas baja que la capacidad de carga admisible del suelo. Se recomienda que la zapata aislada deberá emplearse cuando el suelo tenga una capacidad de carga admisible no menor de 10000 kg/m2, con el fin de que sus lados no resulten exageradamente grandes.

Él calculo de estas zapatas se basa en los esfuerzos críticos a que se encuentran sometidas, pero su diseño lo determinan el esfuerzo cortante de penetración, la compresión de la columna sobre la zapata, el esfuerzo de flexión producido por la presión ascendente del suelo contra la propia zapata, los esfuerzos del concreto en el interior de la zapata, así como el deslizamiento o falta de adherencia del acero con el concreto.

Las zapatas aisladas rectangulares son prácticamente iguales a las cuadradas; ambas trabajan y se calculan en forma similar y se recomiendan en aquellos casos donde los ejes entre columnas se encuentran limitados o demasiado juntos.

Por su forma rectangular presenta dos secciones criticas distintas para calcular por flexión. En zapatas que soporten elementos de concreto, será el plomo vertical tangente a la cara de la columna o pedestal en ambos lados de la zapata.

En zapatas aisladas rectangulares en flexión en dos direcciones, el refuerzo paralelo al lado mayor se distribuirá uniformemente.

3. Zapata aislada descentradas.

Las zapatas aisladas descentradas tienen la particularidad de que las cargas que sobre ellas recaen, lo hacen en forma descentrada, por lo que se producen unos momentos de vuelco que habrá de contrarrestar. Pueden ser de medianeria y de esquina.

Las formas de trabajo se solucionan y realizan como la zapata aislada con la salvedad de la problemática que supone el que se produzcan momentos de vuelo, debido a la excentricidad de las cargas. Algunas de las soluciones para evitar el momento de vuelco seria utilizando una viga centradora o bien vigas o forjados en planta primera. Utilizando viga centradora, esta a través de su trabajo a flexión, tiene la misión de absorber el momento de vuelco de la zapata descentrada. Deberá tener gran inercia y estar fuertemente armada.

Con vigas o forjados en planta primera, para centrar la carga podemos recurrir a esta opción. La viga o forjado deberá dimensionarse o calcularse para la combinación de la flexión propia mas la tracción a la que se ve sometida con el momento de vuelco inducido por la zapata.

• Zapatas corridas.

Las zapatas corridas pueden ser bajo muros, o bajo pilares, y se define como la que recibe cargas lineales, en general a través de un muro, que si es de hormigón armado, puede transmitir un momento flector a la cimentación. Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están indicadas cuando:

- se trata de cimentar un elemento continuo

- queremos homogeneizar los asientos de una alineación de pilares y nos sirve para arriostramiento

- queremos reducir el trabajo del terreno

- para puentear defectos y heterogeneidades del terreno

- por la proximidad de las zapatas aisladas, resulta más sencillo realizar una zapata corrida

Cuando la cimentación esta diseñada para una estructura formada por apoyos aislados

(columnas) y la resistencia del terreno no tiene gran capacidad de soporte, serán mas adecuada

la zapata corrida para unir dos o más columnas. Dichas columnas podrán mandar a la zapata

cargas simétricas, lo que dará como resultado una zapata de ancho uniforme.

Cuando las cargas son asimétricas, la zapata tendrá anchos distintos para transmitir al terreno una fatiga uniforme.

La zapata se soluciona dándole una forma trapezoidal, pero presenta dificultad en sus armados lo que hace que no resulte practica desde el punto de vista constructivo.

El cimiento se debe construir mas fácilmente calculando la zapata como aislada, con su área correspondiente para cada apoyo, uniendo ambas zapatas con la contratrabe. Esta solución presenta la ventaja de tener únicamente dos medidas en su armado principal.

La contratrabe juega un papel importante en las zapatas corridas, pues de no emplearla seria necesario recurrir a un espesor muy grande en la placa o losa de la zapata para evitar la falla por flexión o por cortante producida por la reacción del terreno. Estas contratrabes le dan rigidez a la zapata y soportan, además, los esfuerzos de flexión producidos por la reacción del terreno.

Losa de cimentación:

Consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendida a una superficie tal que tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola por ella no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. Para edificios pequeños el espesor de losa esta entre 15 y 22.5 cm; y para edificios mayores se usan espesores de 22.5 a 37.5 cms.

Cuando son insuficientes otros tipos de cimentación o se prevean asientos diferenciales en el terreno, aplicamos la cimentación por losas. En general, cuando la superficie de cimentación mediante zapatas aisladas o corridas es superior al 50% de la superficie total del solar, es conveniente el estudio de cimentación por placas o losas. También es frecuente su utilización cuando la tensión admisible del terreno es menor de 0.8 kg/cm2.

Una losa de cimentación es entonces un elemento estructural de hormigón armado cuyas dimensiones en planta son muy elevadas; define un plano normal a la dirección de soportes.

Cimentación flotante:

Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio importante, puede suceder que el solar de que disponemos no tenga superficie como para albergar una losa que distribuya la carga; en tal caso es posible construir un cimiento que flote sobre el suelo.

Cimentaciones profundas

Las cimentaciones profundas se encargan de transmitir las cargas que reciben de una construcción a mantos resistentes más profundos; son profundas aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base, pero pueden contar, además, con rozamiento en el fuste; las clasificamos en:

• Pilotes.

• Cilindros.

• Cajones.

Cimentación por pilotes:

En ocasiones, cuando comenzamos a realizar la excavación para la ejecución de obra, podemos encontrarnos diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar. O simplemente se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno sin firme, o difícilmente accesible por métodos habituales.

Los cimientos, a fin de distribuir la carga, pueden extenderse horizontalmente, pero también pueden desarrollarse verticalmente hasta alcanzar estratos más bajos capaces de soportarla. En estos casos se recurre a la solución de cimentación profunda, que se constituye por medio de muros verticales profundos de hormigón, los muros pantalla o bien a base de pilares hincados o perforados en el terreno, denominados pilotes.

Un pilote es un soporte, normalmente de hormigón armado, de una gran longitud en relación a su sección transversal, que puede hincarse o construirse “in situ” en una cavidad abierta en el terreno. Los pilotes son columnas esbeltas con capacidad para soportar y transmitir cargas a estratos más resistentes o de roca, o por rozamiento en el fuste. Por lo general, su diámetro o lado no es mayor de 60 cms. Constituye un sistema constructivo de cimentación profunda al que denominaremos cimentación por pilotaje. Los pilotes son necesarios cuando la capa superficial o suelo portante no es capaz de resistir el peso del edificio o bien cuando esta se encuentra a gran profundidad; también cuando el terreno esta lleno de agua y ello dificulta los trabajos de excavación. Con la construcción de pilotes se evitan edificaciones costosas y volúmenes grandes de cimentación.

Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una sección transversal de 2-4 mts, pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 2000 t. Los pilotes deben recibir fuerzas longitudinales de compresión, ya que las cargas por flexión producen deformaciones mayores con alto grado de peligrosidad; sin embargo, en ocasiones deberan tomarse en cuenta otras solicitaciones de cargas horizontales como viento y sismo. Una excentricidad por pequeña que sea provoca cambios importantes en los esfuerzos de los pilotes. La capacidad de estos para soportar las cargas dependerá de la resistencia desarrollada entre ellos y el subsuelo.

De acuerdo con su función de trabajo, los tipos de pilotes son:

• Pilotes apoyados en manto resistente.

• Pilotes trabajando por fricción del fuste con el suelo.

• Una combinación de ambos, es decir, por apoyo directo en la capa resistente y por rozamiento sobre una parte de su longitud empotrada.

Los pilotes deberán agruparse abajo y alrededor de cada elemento de carga, procurando obtener siempre un apoyo que sea lo más rígido posible. No se aconseja apoyar el elemento de carga solo sobre uno de los pilotes, ya que durante su hincado podrá quedar desplazado de su posición original y ocasionar una flexión por excentricidad de la carga.

Asimismo, los pilotes se pueden distribuir en una zapata cuadrada, rectangular, circular, hexagonal, etc., de tal manera que coincida la resultante de cargas con la de los pilotes, permitiendo que entre ellos se encuentre una separación no menor de 1.25 m o tres diámetros entre sus centros.

La capacidad de carga de un pilote se reduce cuando este trabaja en un conjunto de pilotes; además, esta sujeto a cargas excéntricas y, quizás, a fuerzas de levantamiento que producen deformaciones indeseables. Este es un detalle que siempre debe tenerse presente, así como la separacion entre los pilotes para evitar la influencia de tensiones entre ellos.

Los bulbos de presion se sobreponen cuando los pilotes se colocan muy juntos, causando fatigas excesivas y hundimientos en el terreno.

Los procedimientos que se emplean para el hincado de pilotes, por lo general, son cinco:

* Con martinete o martillo de vapor Accion sencilla

Accion reciproca

• Por chorro de agua

• Hidráulico

• Barrenando el terreno

• Excavando a mano

Los pilotes pueden tener gran diversidad de formas, longitud, union en sus tramos y procedimientos de hincado; asimismo, los hallamos de seccion circular, cuadrada, hexagonal, octagonal, etc.

La perforación que tienen los pilotes a lo largo de sus tramos sirve para saber, con seguridad, si este se conservara o no vertical a la hora del hincado; ademas, el orificio central sirve para colocar un refuerzo de acero capaz de absorber esfuerzos de flexion, tensión y cortante.

Los pilotes que se usan mas son los prefabricados de concreto, los de concreto armado, los de concreto comprimido, los de acero, los presforzados, y en menor proporcion, los de madera.

Todos ellos pueden hincarse desde una profundidad de 3 a 40 m; en caso de requerirse una profundidad mayor, se pueden formar con tramos de 1 m o de mayor longitud que al soldarse quedan como pilotes de una sola pieza.

La capacidad de carga de un pilote depende de muchos factores, como propiedades del suelo, peso del martillo, frecuencia de los golpe, nivel freático, etc, de tal manera que es difícil determinar su capacidad portante si antes no se hace una prueba de carga. Dicha prueba consiste en cargarle al pilote un peso conocido que determine su capacidad y su asentamiento en el suelo.

La eficacia de un pilote depende de:

• El rozamiento y la adherencia entre el suelo y el fuste del pilote.

• La resistencia por punta, en el caso de transmitir compresiones. Ante posibles esfuerzos de tracción, se puede ensanchar la parte inferior del pilote, de forma que trabaje el suelo superior.

• La combinación de las dos anteriores.

El empleo de cimentaciones mediante pilotaje esta indicado en los siguientes casos:

• Cuando la carga transmitida por las estructuras no puede ser distribuida en el terreno de forma uniforme mediante el empleo de sistemas de cimentación directa como zapatas o losas.

• Cuando el nivel del firme no puede ser alcanzado de forma sencilla o se encuentra a gran pofundidad.

• Cuando los estratos superiores del terreno son poco consistentes hasta cotas profundas, contienen gran cantidad de agua o bien se necesita cimentar por debajo del nivel freático.

• Cuando se prevea que los estratos inmediatos a la superficie de cimentación pueden determinar asientos imprevisibles de cierta importancia.

• Si se quiere reducir o limitar los posibles asientos de la edificación.

• En presencia de grandes cargas y concentradas.

• Si las distintas capas superficiales de los terrenos pueden sufrir variaciones estacionales como hinchamientos, retracciones, etc.

• En edificaciones sobre el agua.

Cimentación por pilas o cilindros:

Se le llaman pilas a los elementos

ESTRIBOS

PEDESTAL

PLANTILLA

0.15

BLOCK DE CONCRETO #6

EMBOQUILLADO EN AMBOS LADOS

N.N.T.

FIRME DE CONCRETO CON MALLA ELECTROSOLDADA.

MATERIAL INERTE INALTERADO

1.20

0.20

ANCHO DE SUSTENTACION