ZAPATAS

Las zapatas son cimentaciones superficiales o directas, como toda cimentación ha de

garantizar, de forma permanente, la estabilidad de la obra que soporta.

Los tipos de zapatas pueden ser:

Por su forma de trabajar:

- Aisladas.

- Combinadas.

- Continuas bajo pilares.

- Continuas bajo muros.

- Arriostradas.

Por su morfología:

- Macizas,

Que a su vez pueden ser.

- Rectas.

- Escalonadas.

- Piramidales.

- Aligeradas.

Por la relación entre sus dimensiones (lo que condiciona su forma de trabajo).

- Rígidas. En las que el vuelo es menor o igual a dos veces el canto.

- Flexibles. En las que el vuelo es mayor a dos veces el canto.

Por la forma:

- Rectangulares, cuadradas, circulares y poligonales.

El uso de las zapatas aisladas como elemento de sustentación está limitado y se emplean

cuando el terreno tiene, ya en su superficie, una resistencia media o alta en relación con las

cargas, y es suficientemente homogéneo como para que no sean de temer asientos diferenciales.

En el proyecto de obras de edificación de cualquier tipo deberá figurar, expresamente, una

exposición detallada de las características del terreno, a cuyos efectos el Técnico que lo redacta

podrá exigir al propietario un estudio del suelo y subsuelo, formulado por Técnico competente.

Para su dimensionamiento y cálculo se adopta en todos los casos la hipótesis de reparto

de presiones lineal, que corresponde al caso de cimiento rígido sobre terreno elástico. En casos

excepcionales, en los que la importancia de la obra lo requiera, se adoptarán repartos diferentes

para un dimensionamiento más apropiado de estos elementos.

Para el análisis y dimensionamiento riguroso de estos elementos aconsejamos al alumno

la lectura y estudio de las obras:

- Cimentaciones de Hormigón Armado, autores; Montoya-Meseguer-Morán.

- Cálculo de Estructuras de Cimentación, autor; J. Calavera.

Abordaremos solo el análisis de zapatas rectangulares por ser las más utilizadas. Se

realizará así mediante la condición de no existencia de tracciones en el terreno y con análisis

separados en las dos direcciones principales, cuando existan momentos aplicados en ambas.

Tensión admisible del terreno y asientos admisibles.

Para disponer de una idea orientativa tanto de las tensiones admisibles de los distintos

tipos de terrenos, como de los asientos generales admisibles y las cargas a considerar en el

proyecto de la cimentación se puede consultar el Capítulo VIII. Presiones en terreno de

cimentación, de la NBE-AE-88. En la misma (apartado 8.9. Reconocimiento del terreno) se

establecen los criterios para la elección de la presión admisible en el terreno. En cualquier caso,

y dada la complejidad del problema de los asientos, cuando por las características de la

estructura o la naturaleza del terreno sean de temer asientos superiores a los admisibles, el

proyectista debe acudir a un especialista en cimentaciones.

Los valores más usualmente manejados oscilan entre 1 y 2 kp/cm2.

Comprobación al vuelco.

La primera comprobación que debe efectuarse en zapatas sometidas a momentos o

fuerzas horizontales es la seguridad al vuelco. El problema se reduce a comprobar que el

llamado momento de vuelco afectado por un coeficiente de seguridad (por norma 1.5) es

inferior al momento estabilizador, para ello se toma momentos respecto al eje -O-.

( N + P ) b/2 _ ( M + V h ) _s

Siendo:

N, M, V = Esfuerzos en base de pilar.

P = Peso propio de la zapata.

b = ancho de la zapata.

h = altura o canto de la zapata

_s = coeficiente de seguridad de valor 1.5

En esta ecuación no está incluido el peso del suelo que gravita sobre la zapata, cuyo

efecto es estabilizador.

Comprobación al deslizamiento.

El el caso de zapatas sometidas a acciones horizontales y que no estén debidamente

arriostradas, deberá comprobarse la seguridad al deslizamiento. La fuerza de rozamiento entre la

base de la zapata y el terreno o la cohesión de éste se tomará como única fuerza estabilizante,

despreciándose generalmente el empuje sobre la superficie lateral de la zapata. Se deberá

cumplir que:

( N + P ) tg _2/3 _ V _s para suelos sin cohesión (arenas).

A c1/2 _ V _s para suelos cohesivos (arcillas).

Siendo:

N, V = los esfuerzos normal y cortante en la base del pilar.

P = Peso propio de la zapata.

_2/3 = 2/3 _ = ángulo de rozamiento interno de cálculo minorado.

c1/2 = 0.5 c = valor de cálculo minorado de la cohesión.

A = superficie de la base de la zapata.

_s = coeficiente de seguridad al deslizamiento, de valor 1.5.

Repartos de tensiones.

CASO I.- La excentricidad e = M/N _ b/6

Las tensiones deducidas serán:

Se deberá cumplir que:

CASO II.- b/6 < e _ b/3

Se deberá cumplir que:

CASO III.- e > b/3

Este caso no es válido y deberán modificarse las condiciones geométricas por falta de

seguridad al vuelco.

Cálculo de la armadura.-

El dimensionamiento de las armaduras necesarias en las zapatas de hormigón armado se

efectuará de acuerdo con la norma EH en vigor. En la misma se establece primero una

clasificación de las zapatas atendiendo a la relación entre el vuelo y su canto, siendo las mismas:

Tipo I. en las que el vuelo está comprendido entre: 0.5 h _ v _ 2 h.

El las que el cálculo de la armadura se realiza a flexión simple, generalmente por el

método del momento tope, comprobando la adherencia de las mismas, así como, el esfuerzo

cortante. El cálculo del punzonamiento generalmente no es necesario.

Tipo II. en las que el vuelo está comprendido entre: v _ 0.5 h.

Se calculará la armadura como si se tratara de una mensula corta.

Tipo III. en las que el vuelo está comprendido entre: v _ 2 h.

Se calculará como losa la armadura necesaria.

Tipo IV. Se trata de zapatas en masa (sin armar), en las que deberá comprobarse que no se

sobrepasen los valores de las resistencias virtuales de cálculo del hormigón a tracción por

flexión, al esfuerzo cortante y al punzonamiento.

Existe una segunda clasificación, mas extendida, en la que se considera:

- zapatas rígidas, aquellas en las que el vuelo es menor o igual que el canto.

- zapatas flexibles, aquellas en las que el vuelo es mayor que el canto.

Animamos al alumno al estudio de otros métodos, como por ejemplo el método de las

bielas, o el método Belgo-Luxemburges, también empleados con frecuencia en el cálculo de

zapatas.

VIGAS DE CIMENTACIÓN

1. DESCRIPCIÓN

La presenta especificación hace referencia a las actividades a realizar y materiales

empleados para la construcción de vigas de cimentación.

2. MATERIALES

2.1. CONCRETO

Éste deberá ser de una resistencia igual o superior a la señalada en los planos y deberá

cumplir como mínimo con las características de materiales y procedimientos señalados en

la especificación 3. Concretos

2.2. ACERO

Éste deberá ser de una resistencia igual o superior a la señalada en los planos y deberá

cumplir como mínimo con las características de materiales y procedimientos señalados en

la especificación 2. Acero de Refuerzo.

3. EQUIPOS

3.1. FORMALETA Y OBRA FALSA

El Constructor deberá suministrar e instalar todas las formaletas necesarias para confinar

y dar forma al concreto, de acuerdo con las líneas mostradas en los planos u ordenadas

por el Interventor. Las formaletas podrán ser de madera o metálicas y se deberán poder

ensamblar firmemente y tener la resistencia suficiente para contener la mezcla de

concreto, sin que se formen combas entre los soportes u otras desviaciones de las líneas

y contornos que muestran los planos, ni se pueda escapar el mortero.

Las formaletas de madera podrán ser de tabla cepillada o de triplex, y deberán tener un

espesor uniforme.

La obra falsa o armazones provisionales deberán ser construidos sobre cimientos

suficientemente resistentes para soportar las cargas sin asentamientos perjudiciales.

Toda la obra falsa deberá ser diseñada y construida con la solidez necesaria que le

permita soportar, sin sufrir deformación apreciable, las cargas a que estará sometida, las

cuales deberán incluir, además del peso de la superestructura, las correspondientes a las

formaletas, arriostramientos, pistas de tráfico y demás cargas que le puedan ser

impuestas durante la construcción. La obra falsa deberá ser convenientemente

apuntalada y amarrada para prevenir distorsiones y movimientos que puedan producir

vibraciones y deformaciones en la formaleta de la superestructura.

3.2. ELEMENTOS PARA LA COLOCACIÓN DEL CONCRETO

El Constructor deberá disponer de los medios de colocación del concreto que permitan

una buena regulación de la cantidad de mezcla depositada, para evitar salpicaduras,

segregación y choques contra las formaletas o el refuerzo.

3.3. VIBRADORES

Los vibradores para compactación del concreto deberán ser de tipo interno, y deberán

operar a una frecuencia no menor de seis mil (6.000) ciclos por minuto y ser de una

intensidad suficiente para producir la plasticidad y adecuada consolidación del concreto,

pero sin llegar a causar la segregación de los materiales.

3.4. EQUIPOS VARIOS

El Constructor deberá disponer de elementos para usos varios, entre ellos los necesarios

para la ejecución de juntas, la corrección superficial del concreto terminado, la aplicación

de productos de curado, equipos para limpieza, etc.

4. EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS

4.1. PREPARACIÓN DE LA ZONA DE LOS TRABAJOS

La excavación necesaria para las cimentaciones y su preparación se deberá efectuar

conforme a lo estipulado en el especificación 1. Excavación Manual de estas

especificaciones. Cualquier deterioro ocurrido después de terminada la excavación,

deberá ser subsanado por el Constructor, empleando procedimientos aceptables para el

Interventor.

4.2. FORMALETEADO Y OBRA FALSA

Todas las formaletas en las cuales sea necesario confinar y soportar la mezcla de

concreto mientras se endurece, deberán ser diseñadas por el Constructor y aprobadas

por Interventor. Las formaletas deberán ser diseñadas de tal manera, que permitan la

colocación y consolidación adecuada de la mezcla en su posición final y su fácil

inspección; así mismo, deberán ser suficientemente herméticas para impedir pérdidas del

mortero de la mezcla.

La aprobación del diseño de las formaletas por parte del Interventor, no exime al

Constructor de su responsabilidad respecto de la seguridad, calidad del trabajo y

cumplimiento de todas las especificaciones.

Las formaletas, tanto de madera como metálicas, se ensamblarán firmemente y deberán

tener la resistencia suficiente para contener la mezcla de concreto sin distorsiones. Antes

de iniciar la colocación del concreto, se deberán limpiar de impurezas, incrustaciones de

mortero y cualquier otro material extraño.

No se podrá colocar concreto dentro de las formaletas, si éstas no han sido

inspeccionadas y aprobadas por el Interventor.

Las formaletas se podrán remover parcial o totalmente tan pronto como la mezcla haya

adquirido la resistencia suficiente, comprobada mediante ensayos, para sostener su

propio peso y e l peso de cualquier otra carga.

Toda obra falsa o cimbra para la construcción de puentes u obras similares, deberá ser

diseñada por el Constructor, quien someterá el diseño a consideración del Interventor. En

el diseño se deberán tener en cuenta las cargas muertas y vivas a las que estará

sometida la obra falsa durante y después de la colocación del concreto. Las eventuales

deflexiones de la obra falsa, debido a las cargas, se deberán compensar mediante

contraflechas, de tal forma que la estructura terminada se ajuste a los niveles indicados

en los planos.

4.3. PREPARACIÓN PARA LA COLOCACIÓN DEL CONCRETO

Por lo menos cuarenta y ocho (48) horas antes de colocar concreto en cualquier lugar de

la obra, el Constructor notificará por escrito al Interventor al respecto, para que éste

verifique y apruebe los sitios de colocación.

La colocación no podrá comenzar, mientras el Interventor no haya aprobado el encofrado,

el refuerzo, las partes embebidas y la preparación de las superficies que han de quedar

contra el concreto. Dichas superficies deberán encontrarse completamente libres de

suciedad, lodo, desechos, grasa, aceite, partículas sueltas y cualquier otra sustancia

perjudicial. La limpieza puede incluir el lavado por medio de chorros de agua y aire,

excepto para superficies de suelo o relleno, para las cuales este método puede no ser el

adecuado.

Se deberá eliminar toda agua estancada o libre de las superficies sobre las cuales se va a

colocar la mezcla y controlar que durante la colocación de la mezcla y el fraguado, no se

m ezcle agua quepueda lavar o dañar el concreto fresco.

Las fundaciones en suelo contra las cuales se coloque el concreto, deberán ser

humedecidas completamente, o recubrirse con una delgada capa de concreto, si así lo

exige el Interventor.

4.4. COLOCACIÓN DEL CONCRETO

Esta operación se deberá efectuar en presencia del Interventor, salvo en determinados

sitios específicos autorizados previamente por éste. El concreto no se podrá colocar en

instantes de lluvia, a no ser que el Constructor suministre cubiertas que, a juicio del

Interventor, sean adecuadas para proteger el concreto desde su colocación hasta su

fraguado.

Todo el concreto debe ser vaciado en horas de luz solar y su colocación en cualquier

parte de la obra no se debe iniciar si no es posible completarla en dichas condiciones, a

menos que se disponga de un adecuado sistema de iluminación, aprobado por el

Interventor.

El concreto no se debe exponer a la acción del agua antes del fraguado final.

En todos los casos, el concreto se deberá depositar lo más cerca posible de su posición

final y no se deberá hacer fluir por medio de vibradores. Los métodos utilizados para la

colocación del concreto deberán permitir una buena regulación de la mezcla depositada,

evitando su caída con demasiada presión o chocando contra las formaletas o el refuerzo.

Por ningún motivo se permitirá la caída libre del concreto desde alturas superiores a uno y

medio metros (1.50 m).

Al verter el hormigón, se removerá enérgica y eficazmente, para que las armaduras

queden perfectamente envueltas; cuidando especialmente los sitios en que se reúna gran

cantidad de ellas, y procurando que se mantengan los recubrimientos y separaciones de

la armadura.

En todos los casos que sea difícil colocar el concreto junto a las formaletas debido a las

obstrucciones producidas por el acero de refuerzo o por cualquier otra condición, se

deberá procurar el contacto apropiado entre el concreto y las caras interiores de las

formaletas, vibrando estas últimas por medio de golpes en sus superficies exteriores con

mazos de caucho o madera o por medio de vibradores de formaleta.

En caso de usar equipos inclinados (canoas, canaletas) deben tener una longitud máxima

de 7 m, manteniendo un flujo continuo a una velocidad uniforme del hormigón con

pendientes, según el asentamiento del concreto, Norma de ensayo INV E-404.

4.5. VIBRACIÓN

El concreto colocado se deberá consolidar mediante vibración interna, hasta obtener la

mayor densidad posible, de manera que quede libre de cavidades producidas por

partículas de agregado grueso y burbujas de aire, y que cubra totalmente las superficies

de los encofrados y los materiales embebidos. Durante la consolidación, el vibrador se

deberá operar a intervalos regulares y frecuentes, en posición casi vertical y con su

cabeza sumergida profundamente dentro de la mezcla.

Para lograr la compactación de cada capa antes de que se deposite la siguiente sin

demorar la descarga, se debe usar un número suficiente de vibradores para consolidar el

concreto que se está recibiendo, dentro de los quince (15) minutos siguientes a su

colocación dentro de las formaletas.

Para evitar demoras en el caso de averías, se debe disponer de un (1) vibrador auxiliar en

el sitio de la obra para fundiciones individuales hasta de cincuenta metros cúbicos (50 m3)

y dos (2) vibradores auxiliares para fundiciones de mayor volumen.

Las vibraciones se deben aplicar en el punto de descarga y donde haya concreto

depositado poco antes. Los vibradores no deberán ser empujados rápidamente, sino que

se permitirá que ellos mismos se abran camino dentro de la masa de concreto y se

retirarán lentamente para evitar la formación de cavidades.

La vibración deberá ser tal, que el concreto fluya alrededor del refuerzo y otros elementos

que deban quedar embebidos en el concreto y llegue hasta las esquinas de las

formaletas.

La vibración no debe ser aplicada sobre el refuerzo, ni forzarse a secciones o capas de

concreto que hayan endurecido a tal grado que el concreto no pueda volverse plástico por

su revibración.

No se deberá colocar una nueva capa de concreto, si la precedente no está debidamente

consolidada. La vibración no deberá ser usada para transportar mezcla dentro de las

formaletas, ni se deberá aplicar directamente a éstas o al acero de refuerzo,

especialmente si ello afecta masas de mezcla recientemente fraguada.

Con el fin de obtener un concreto debidamente compactado, carente de cavidades,

hormigueros y similares, la vibración mecánica deberá ser completada con la

compactación m anual que sea necesaria a lo largo de las superficies de las formaletas y

en las esquinas y puntos donde sea difícil obtener una vibración adecuada.

Las dimensiones de las agujas de los vibradores de inmersión y, en general, los tiempos

de vibrado deberán ser cuidadosamente controlados, de manera de obtener las

densidades máximas sin sobrevibrar.

4.6. CURADO

Inmediatamente después del retiro de las formaletas y del acabado de las superficies, el

concreto se someterá a un proceso de curado que se prolongará a lo largo del plazo

prefijado por el Interventor, según el tipo de cemento utilizado y las condiciones climáticas

del lugar.

En general, los tratamientos de curado se deberán mantener por un período no menor de

catorce (14) días después de terminada la colocación de la mezcla de concreto; en

algunas estructuras no masivas, este período podrá ser disminuido, pero en ningún caso

será menor de siete (7) días.

Se deben tomar todas las precauciones necesarias para proteger el concreto fresco

contra las altas temperaturas y los vientos que puedan causar un secado prematuro y la

formación de agrietamientos superficiales. De ser necesario, se colocarán cortinas

protectoras contra el viento hasta que el concreto haya endurecido lo suficiente para

recibir el tratamiento de curado.

En la eventualidad de que se produzca un sismo durante el proceso de curado, el

Constructor deberá tener especial cuidado en efectuar una revisión detallada del concreto

colocado y de la estructura luego del sismo, informando al Interventor sobre cualquier

daño motivado por el fenómeno. Sin perjuicio de ello, si así lo estimase el Interventor, se

realizarán los ensayos que considere convenientes para verificar la calidad del concreto,

pudiendo ordenar el retiro de éste si, a su juicio, los ensayos realizados revelaren

alteraciones al concreto colocado.

5. MEDIDAS Y PAGOS

5.1. MEDIDAS

La medida para el pago de las vigas de cimentación se realizará por M3 de obra

ejecutada según los detalles de los planos y la aprobación de la Interventoría. El volumen

se calculará con base a las dimensiones señaladas en los planos.