Unidad 7: Obras de Cimentación

Unidad 7. Obras de Cimentación

• La unidad se engloba dentro del módulo de construcción, del curso 1CM OIDR, y está guiada por el profesor Salvador Ordaz Grande.

Introducción y Consideraciones Generales

• Los edificios deben soportar el peso de sus componentes (paredes, techos, etc.), contenido (electrodomésticos, muebles) y estructura (pilares, muros, vigas).
• Los edificios también deben ser capaces de resistir cargas relacionadas con el clima, tales como la nieve, la lluvia y el viento.
• Las cimentaciones unen estas cargas con el terreno, transfiriendo el peso del edificio al mismo.
• Los cimientos deben transmitir eficientemente el peso del edificio dentro de los límites establecidos por el terreno, siendo más grandes que pilares/paredes.
• La resistencia del suelo es el factor técnico más importante a considerar en la construcción de cimientos.
• Los cimientos superficiales distribuyen el peso sobre un área amplia, mientras que los cimientos profundos distribuyen el peso a través de diferentes capas del suelo.
• El asentamiento ocurre cuando un cimiento se hunde bajo el peso del edificio, en mayor o menor grado.
• El asentamiento diferencial, cuando varía entre diferentes puntos, puede causar deformaciones.
• Para evitar estos problemas, los cimientos deben distribuir las cargas para reducir o evitar asentamientos perjudiciales.

La Cimentación con Relación al Edificio

• El terreno influye en las características de los cimientos, incluyendo la profundidad del estrato resistente y la capacidad de asentamiento.
• Las variaciones del nivel freático, socavaciones por corrientes subterráneas, congelación y humedad también son factores importantes.
• La estructura del edificio influye en la cimentación, considerando el valor y las características de las cargas transmitidas.
• La capacidad de asentamiento diferencial y total, así como la influencia de estructuras cercanas deben ser tomadas en cuenta.
• La profundidad del estrato resistente determina las dimensiones y la forma de los cimientos.
• Los estratos resistentes superficiales se solucionan con zapatas o losas
• Los estratos resistentes profundos se resuelven con pilotes y muros pantalla.
• La sobrecarga de suelos saturados puede causar asentamientos importantes debido a la expulsión parcial del agua.
• La profundidad del nivel freático varía según la zona y las condiciones, requiriendo considerar factores como ruptura de canalizaciones y excavaciones.
• Las modificaciones en el contenido de agua del suelo pueden alterar las características mecánicas del terreno.
• Los cimientos deben situarse a una profundidad donde el contenido de agua y las características del suelo sean constantes.
• La cota de socavaciones debe superarse para evitar desplazamientos ruinosos.
• La profundidad de los cimientos puede estar condicionada por las heladas y la variación de humedad.
• En España, los cimientos se construyen generalmente por debajo de 50-70 cm para evitar alteraciones por hielo y humedad.
• Las cargas transmitidas por la estructura determinan el tamaño de los cimientos para evitar tensiones superiores a la resistencia del suelo.
• Los asentamientos diferenciales ocurren por deformación excesiva del estrato de apoyo o por cargas desiguales en muros y pilares.
• Estos asentamientos se solucionan aumentando la superficie de soporte o las dimensiones de los cimientos que soportan mayor carga.
• Las estructuras cercanas pueden causar problemas en paredes medianeras debido a las cargas del inmueble vecino.

Principios Generales para Determinar la Fundamentación y Función

• Los fundamentos deben calcularse siempre por exceso, aplicando coeficientes de seguridad necesarios.
• Es necesario conocer a fondo el terreno.
• La base de las cimentaciones debe situarse donde no haya riesgo de heladas.
• Se debe desconfiar de los terrenos sin consolidar.
• Y que se tengan en cuenta las capas freáticas.
• La función de los cimientos es dirigir los esfuerzos proporcionados por la estructura al suelo.
• Los esfuerzos deben distribuirse para evitar tensiones mayores a la capacidad del suelo.
• El coeficiente de seguridad aplicado debe absorber posibles inexactitudes en el cálculo de la capacidad portante.

Materiales Utilizados en la Cimentación

• Paredado (mampostería): comúnmente usado en construcciones antiguas, consiste en cimientos hechos con piedras colocadas en seco o en hormigón.
• Fábrica de cerámica: también común en construcciones antiguas, aunque actualmente no se utilizan baldosas cerámicas.
• Hormigón ciclópeo: añade piedras grandes para ahorrar material, aunque ha caído en desuso salvo en construcciones auxiliares.
• Hormigón en masa: utilizado solo en edificaciones con poca carga y terrenos homogéneos y resistentes.
• Hormigón armado: el material más utilizado en cimientos, capaz de absorber esfuerzos de tracción y prevenir asentamientos.

Aspectos Importantes Sobre los Fundamentos

• La resistencia característica mínima para hormigones en masa es de 20 N/mm², y para hormigones armados, 25 N/mm².
• La base del fundamento debe ser siempre perpendicular a la carga y escalonarse en terrenos con desnivel.
• El hormigonado del cimiento debe realizarse en una sola fase, con operaciones especiales en caso de interrupción.
• Al hacer los cimientos, se deben dejar hierros o placas de anclaje para la continuidad con elementos estructurales verticales o pilares metálicos.

Tipo de Cimentaciones

• Superficiales: Zapatos aislados, Zapatos combinados, Zapatos continuos o corridos, Losas.
• Profundas: Pozos o pilaritos, Pilones, Muros pantalla.

Zapatos (Cimentación Superficial)

• Según sus medidas: Maciza, Rígida, Flexible.
• Según su tipología: Aisladas y combinadas, Continuas o corridas, Excéntricas.

Zapatos según sus Medidas

• Los zapatos se clasifican según sus medidas o el tipo de elemento estructural que soportan: maciza, rígida y flexible.
• Zapato Maciza: trabaja solo a compresión, común en zapatos continuos más que aislados.
• No necesita armadura, aunque es recomendable colocar una pequeña si la carga es considerable.
• Zapato Rígido: similar al zapato macizo, pero con un armado de 25 a 40 kg por cada m³. Trabaja por bielas y tirantes.
• Zapato Flexible: soporta esfuerzos de compresión y tracción; la armadura reparte los esfuerzos en la parte baja del zapato, funcionando como viga.

Zapatos según su Tipología

• Zapato Aislado: sirve como cimentación de pilares o elementos estructurales puntuales, ampliando la superficie de carga.
• Suelen ir con arriostradas con riostras de hormigón armado de sección inferior al zapato.
• Los zapatos macizos no se arman, mientras que los rígidos o flexibles sí.
• Se arma la parte inferior con una malla de barras cruzadas, separadas no más de 30 cm.
• Se debe tener en cuenta el recubrimiento (entre 5 y 10 cm) para evitar corrosiones.
• Las barras deben ser mínimo de 12 mm de diámetro.
• La armadura longitudinal del pilar debe estar unida a la malla, requiriendo armaduras de espera iguales a las del pilar.
• El solapamiento mínimo es de 30 veces el diámetro de la barra mayor del pilar.
• La Norma Tecnológica NTE-CSZ regula los zapatos aislados de hormigón en masa o armado para soportes verticales.
• Zapato Combinado: se usa cuando la distancia entre zapatas es pequeña.
• Primer problema: la dificultad de sujetar las tierras al abrir los pozos.
• Segundo problema: influencia del suelo activo de un zapato sobre el contiguo.
• Cimentación continua o corrida: solución de cimentación superficial para transmisiones de carga lineal y uniforme.
• Aplica lo regulado por la Norma Tecnológica NTE-CSC.
• Zapatos Excéntricos (o de medianera): un pilar o muro de carga soportado en los límites del terreno requiere un cimiento excéntrico.
• Para corregir esto, se correge el momento de fuerzas M riostrante, uniendo el zapato a otro con una viga centradora. También se puede unir al zapato próxio haciéndolo un zapato combinado.

Losas (Cimentación Superficial)

• Si el suelo es poco resistente, donde los zapatos tienden a unirse, es conveniente una losa como soporte de la estructura.
• Transmiten las cargas al terreno mediante una superficie igual o mayor a la de la obra.
• Al distribuir las cargas en una área continua, se reducen riesgos de asentamiento.
• Se utilizan en terrenos con baja capacidad portante que no soportan las presiones elevadas de las zapatos.
• También se elige esta solución cuando la superficie de los zapatos supera el 50% de la superficie a construir.
• La Norma Tecnológica a consultar para losas de cimentación es la NTE-CSL.

Tipos de Losas

• Losas de Grosor Constante: placas de hormigón armado de sección constante que soportan estructuras con cargas y luz equilibradas.
• El armado se compone de mallas simétricas de barras de acero corrugado, con refuerzo adicional en las zonas de apoyo de los pilares.
• Losas con Capitel: para grandes cargas, se alivia el canto de la losa y se incorpora un capitel entre la losa y el pilar.
• El armado es similar al de las losas de grosor constante, con refuerzo adicional en el capitel.
• Losas Nervadas: vigas longitudinales y transversales que enlazan los pies de los pilares, para cargas desequilibradas.
• El grosor es de 20 cm.
• Las vigas de unión de los pilares actúan y deben calcularse como zapatos continuos (corrugados) bidireccionales.
• Definen en sus nudos los puntos de arranque de los pilares, creando una zanja perimetral hormigonada en forma de aro.

Proceso Constructivo de las Losas

• El primer paso es nivelar la excavación.
• Seguimos con: replanteo de la losa y del encofrado perimetral.
• Luego, replantear ejes de pilares, arquetas y fundidos de ascensores.
• Se coloca la armadura inferior (bidireccional), las esperas de los pilares y los caballitos para colocar la armadura superior.
• Se vierte el hormigón de forma continua y se vibra.
• La nivelación final permite un acabado con regla vibrador.
• El proceso se realiza de una vez y sin juntas de hormigonado.

Muros Pantalla (Cimentación Profunda)

• Tipo de cimentación para sótanos en edificios entre medianeras.
• Son muros de contención que transfieren la carga de la estructura al terreno, construidos antes del vaciado.
• Sirven para conseguir muros de contención de menor grosor, cubriendo las necesidades constructivas.
• Estos muros requieren elementos adicionales para estabilidad.
• El muro debe soportar empujes del terreno y problemas por agua.
• La norma tecnológica es la NTE-CCP.

Sistemas Autoportantes

• Dentro de los sistemas de muros pantalla autoportantes se encuentran los muros en ménsula (voladizo).
• Presentan una parte empotrada bajo el nivel de excavación.
• Estos muros contrarrestan los empujes del terreno entre dos planos horizontales excavados a distinto nivel.
• La altura máxima de excavación puede estar entre 5 y 10 metros.
• Para alturas superiores, se modelan contrafuertes en el suelo. Estos pueden ser interiores o exteriores
• Los contrafuertes actúan como anclajes planos y reducen el empotramiento.

Sistemas Enriostatos (Anclajes)

• Otro sistema son los enriostamientos mediante el anclaje de muro en el terreno.
• Se ancla el soporte en uno o más niveles a medida que avanzan las excavaciones.
• Se hace mediante cables empotrados en perforaciones de poco diámetro, inyectados con cemento.
• Este sistema permite alcanzar alturas de excavación de más de 20 m.
• El sistema de excavaciones mediante anclajes ha desplazado las excavaciones apuntaladas y alcanza profundidades de 30 m con un empotramiento de 3 m.

Proceso Constructivo del Muro Pantalla

• Se debe construir previamente un murete guía de 0.8 a 1.5 metros de profundidad para definir el recorrido de la máquina de vaciado.
• La excavación del pozo se realiza con una cuchara bivalva, con o sin bentonita.
• Se utilizan encofrados de junta lateral para moldear las juntas entre paneles, asegurando la continuidad de la excavación.
• Estos encofrados se colocan verticalmente y se empotran para evitar salidas de hormigón. Se extraen horas después del hormigonado.
• Luego se coloca la armadura del panel y se vierte el hormigón mediante una tubería.
• Se coloca una tolva para recibir el hormigón, que desplaza los lodos. El hormigonado se realiza sin interrupciones.
• Seguidamente, se descabotan los paneles (romper los últimos 50 cm) para descubrir las armaduras y eliminar el hormigón de mala calidad.
• Finalmente, se realiza la viga de coronación y se procede a la excavación.
• La bentonita se utiliza para la estabilidad, convirtiéndose en líquido al agitarse y taponando vías de agua.

Pilotes (Cimentación Profunda)

• Los pilotes se utilizan cuando no es posible realizar una cimentación superficial.
• Se trata de piezas largas enclavadas en el terreno que se empotran hasta transmitir las cargas al terreno, dividiendo la carga entre distintos pilotes.
• La estructura se compone de: Punta (base), Cabeza, Fuste, Encepado.
• Y una Viga de traba: Viga que enriostra a los encepados.

Situaciones Donde se Utilizan Pilotes

• Cuando la carga transmitida por el edificio no puede distribuirse con cimentación superficial.
• Cuando los estratos donde se ubica el cimiento pueden producir asentamientos imprevisibles.
• Cuando el terreno presenta grandes variaciones estacionales.
• En edificaciones sobre agua.
• Cuando los cimientos están solicitados a tracción.
• Cuando sea necesario resistir cargas inclinadas.

Tipos de Pilotes Según su Trabajo

• Cimentación de Pilotes Rígida: el piloto trabaja esencialmente por la punta.
• Se confía totalmente el soporte sobre este terreno, aunque exista siempre una ligera descarga por rozamiento del fuste cuando atraviesa los estratos menos resistentes.
• Cimentación de Pilotes Flotante: se trata del pilote que se construye sobre un terreno homogéneo pero de baja resistencia.
• La carga que transmite a los terrenos se realiza totalmente por rozamiento del fuste del pilote.
• Se utiliza cuando los pilotes están actuando totalmente en una capa poco resistente y no se apoyan en ningún estrato resistente, siendo transmitida toda la carga por rozamiento.

Encepado

• Generalmente los pilotes trabajan en grupo (mínimo dos pilotes).
• El encepado es el elemento constructivo que transmite la carga de la estructura a los pilotes.
• Son elementos robustos y fuertemente armados que unen las cabezas de los pilotes.
• Como en los zapatos aislados, los pilotes encepados también deben enriostrarse para evitar los desplazamientos laterales.