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Capítulo 9 Cimentación Introducción
La
cimentación más conocida es la mampostería de piedra pegada con mortero de cemento.
En terrenos arcillosos como el de la ciudad de México resultan mejores las cimentaciones rígidas de concreto armado. El cuerpo humano es sustentado por las piernas, y transmite la carga (su peso) a través de las plantas, al terreno que lo recibe. (véase figura 9-1. a y b)
A semejanza del cuerpo humano, la construcción transmite la carga al terreno por la cimentación. Al transmitirse la carga al terreno, hay que considerar la capacidad de éste para soportarla. Pongamos de ejemplo un suelo blando; recargamos el cuerpo sobre una vara, y ésta se va a hundir. Llevemos el ejemplo anterior, a la construcción. En terrenos blandos es más fácil que se hunda un poste o columna que un cimiento o la losa de cimentación. La explicación técnica es la siguiente: 267
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Figura 9-1. La construcción transmite la carga al terreno por la cimentación. 268
• La carga que se ejerza sobre el terreno tenderá a penetrar. (véase figura 9-2. A)
menor, es decir, esta distribuyendo su peso en el suelo en una mayor superficie.
• El terreno contrarrestará el peso en sentido contrario, es decir, impedirá la penetración (resistencia o capacidad de carga del suelo). (véase figura 9-2. B)
• Técnicamente, se dice que la resistencia de un terreno se mide en kg/cm2 (kilogramos por centímetro cuadrado) o ton/m2 (toneladas por metro cuadrado), es decir, la carga que puede resistir el terreno por la unidad de superficie sin que se hunda o peligre la construcción: de aquí la clasificación de suelos en blandos, medianos o duros. (véase figura 9-2. E)
• Carga y suelo constituyen un equilibrio de fuerzas; si la carga es mayor que la resistencia del suelo, se hundirá el peso (objeto, persona, cimentación, etc.). Por el contrario, si el peso es menor que la resistencia del suelo, no habrá hundimiento. • Si el peso que tiende a penetrar en el suelo se reparte en una superficie mayor, el hundimiento será menor, o se equilibrará. Técnicamente, se están distribuyendo o repartiendo cargas en el terreno. A mayor superficie de cimentación, mayor distribución de carga (menos hundimiento). Un ejemplo claro es el expuesto en las figura 9-2 c y 9-2 d. Para reforzar el concepto: si una persona camina en la playa, sus pies se hundirán, sin embargo, al acostarse el hundimiento de su cuerpo es
• Los suelos blandos requieren o requerirán mayor cuidado porque tienen menor resistencia a la penetración; obviamente, los suelos duros tienen mucha resistencia a la misma. Si decimos que un terreno tiene una resistencia de 5 ton/m2 (cinco toneladas por metro cuadrado), indicamos que soportará una carga máxima de cinco toneladas por cada metro cuadrado. Al sobrepasarse las 5 toneladas, el terreno tenderá a hundirse. 269
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Figura 9-2. Resistencia del suelo donde se quiere construir.
El capítulo referente a estudios preliminares describe e
Técnicamente, la capacidad de carga se puede investi-
identifica los tres grandes grupos de suelos: blando,
gar para obtener la solución de la cimentación que se va
mediano y duro.
a emplear. Todo tipo de terreno tiene diferentes mate-
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riales, los cuales se clasifican según su tamaño y resistencia.
Gravas y arenas mezcladas con arcilla seca Esquistos o rocas compuestas o conglomerados
Clasificación granulométrica del terreno Limos
1 mm
Arenas
Terrenos duros
1 a 3.5 mm
Resistencia 40 a 60 ton/m2 80 a 100 ton/m2
Piedra arenisca en lechos compactos
200 ton/m2
Piedra caliza en lechos compactos
250 ton/m2
Roca granítica
300 ton/m2
Gravilla o granzón
3.5 a 10 mm
(Los coeficientes dados son de trabajo)
Grava tamaño máximo
10 a 38 mm
Si el terreno es de clasificación suave y además se ubica en zona de muy alta o alta sismicidad, lo aconsejable es apoyarse en las autoridades locales de obras públicas, o en un profesionista en materia de construcción (arquitecto o ingeniero civil), a fin de obtener una solución segura para la vivienda que se va a construir.
Cantos rodados
38 mm
Clasificación del terreno por su cohesión Terrenos suaves Resistencia Terrenos del valle de México Terreno de aluvión (depósito arcilloso-arena) Tierra firme y seca natural Arcillas blandas (sustancia mineral impermeable y plástica, barro)
2 a 5 ton/m2 5 a 10 ton/m2 10 ton/m2 10 a 15 ton/m2
Arena limpia y seca en lechos naturales confinados
20 ton/m2
Arena compacta
40 ton/m2
Arena compacta confinada conglutinada
40 ton/m2
La cimentación es el elemento estructural que soporta el peso de la construcción y transmite las cargas al terreno en que se encuentra, en una forma estable y segura. El tipo de cimentación depende del tipo de terreno (resistencia), la pendiente del mismo, las cargas a transmitir, los materiales y los sistemas constructivos. Los tipos de cimentación superficial más comunes son : 271
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Tipos de cimentación Con los elementos vistos anteriormente , estamos ahora en posibilidad de conocer en detalle la construcción de los cimientos para una casa. Existen otros tipos de cimentación además de los que se proponen, los cuales no son apropiados a los prototipos arquitectónicos sugeridos.
La zapata Sirve para transmitir al suelo las cargas y el peso soportados por el muro. Sus dimensiones y armados varían según el tipo de suelo y las cargas que resiste. Las zapatas se construyen normalmente centradas en el eje del muro (figura 9-3 a), pero en los casos donde hay colindancia con otra casa es necesario construirlas hacia un solo lado del muro (figura 9-3 b). 272
Figura 9-3.
Figura 9-4. Para alturas de 2 m deberá utilizarse, en lugar del enrase, un muro de contención de concreto armado. 273
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Zapatas corridas de concreto armado Estos cimientos constituyen un apoyo continuo bajo los muros a la vez que forman una retícula rígida en la base de la casa que le da solidez y le permite a todos los muros formar una sola unidad. Las zapatas están formadas por dos elementos: zapata y trabe de repartición. (ver figura 9-5).
La cadena o trabe de repartición tiene como función ligar o unir los muros en su base formando una retícula. Lo más conveniente será que esta retícula esté formada por rectángulos cerrados. 274
Figura 9-5 Para lograr la integración deseada de la retícula de cimentación es necesario que las trabes de cimentación se unan en las esquinas o en las cruces como se indica (los anclajes en escuadra y dobleces se tratan en un capítulo aparte).
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Características recomendadas para dimensiones y armado de zapatas corridas Zapata central Suelo blando
Suelo medio
Suelo duro
Casa de un piso
Casa de dos pisos
Casa de un piso
Casa de dos pisos
Casa de un piso
Casa de dos pisos
Ancho A cm
100
180
60
80
60
60
Peralte B cm
15
25
15
20
15
15
Alternativa 1. Armado con varilla grado 42
Armado C
#3E20
#3E15
#3E20
#3E15
#3E20
#3E20
Armado D
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
Alternativa 2. Armado con varilla 6000
Armado C
5 16
@ 20
5 16
@ 15
5 16
@ 20
5 16
@ 15
5 16
@ 20
5 16
@ 20
Armado D
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
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Figura 9-6. Zapata central 277
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ZAPATA DE COLINDANCIA Suelo blando
Ancho cm
A
Peralte cm
B
Suelo medio
Suelo duro
Casa de un piso
Casa de dos pisos
Casa de un piso
Casa de dos pisos
Casa de un piso
Casa de dos pisos
100
150
60
80
60
60
20
30
20
25
20
20
Alternativa 1. Armado con varilla grado 42
Armado C
#3E15
#3E10
#3E15
#3E10
#3E15
#3E15
Armado D
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
#3E30
Alternativa 2. Armado con varilla 6000
Armado C
5 16
@ 15
5 16
@ 10
5 16
@ 15
5 16
@ 10
5 16
@ 15
5 16
@ 15
Armado D
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
5 16
@ 30
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Figura 9-7. Zapata de colindancia. 279
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Para asegurarse de que durante el colado de la zapata no se contamine el concreto o el suelo absorba el agua de la mezcla, es conveniente construir una plantilla que haga las veces de molde por la parte inferior (figura 9-11).
En el caso de que, por la pendiente del terreno, sea necesa-
La plantilla puede construirse con una mezcla de concreto muy pobre o bien con pedacería de piedras o tabiques apisonados (figuras 9-8, 9-9 y 9-10).
tación se apoyará sobre un suelo diferente a aquel donde
Figura 9-8.Plantilla de concreto pobre. 280
rio hacer escalonamientos en la cimentación, siempre deberá apoyarse esta última sobre suelo firme. Se ocasionarían problemas graves a la casa si una parte de la cimense apoya el resto (figura 9-12). Los escalonamientos de la zapata y la trabe de coronamiento podrán hacerse en los
Figura 9-9. Plantilla de pedacería de piedra..
Figura 9-10. Plantilla de tabiques apisonados.
Figura 9-11. El concreto no debe contaminarse con el suelo ni el suelo debe absorber agua de la mezcla.
castillos, los cuales tendrán que desplantarse desde el cimiento más bajo (figura 9-13). Los castillos deberán siempre anclarse en la parte más baja de la cimentación, es decir, en la cadena de repartición. Su armado deberá colocarse antes del colado de las zapatas.
Figura 9-12. El apoyo sobre suelo diferente causa problemas.
Será necesario planear los lugares por donde las tuberías de instalaciones atraviesen las zapatas para que durante su colado se deje un hueco con el respectivo refuerzo.
Es muy conveniente impermeabilizar las coronas de las zapatas para evitar humedad y salitre en los muros. 281
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Figura 9-13. Castillos. 282
Zapatas de piedra Los cimientos son los apoyos que sirven para tomar el peso
Lo mejor será que toda la trabe de repartición sea colada
de la vivienda y transmitirlo al suelo en una mayor área de
de concreto junto con la zapata, pero si se requiere mayor
manera uniforme.
economía en la construcción para profundidades de des-
Los hay aislados (para columnas) y corridos (para muros);
plante mayores de 60 cm, puede utilizarse un enrase con
también pueden ser interiores (sus dos parámetros inclinados) y colindantes (con un paramento vertical).
bloques huecos de concreto y una segunda cadena de repartición más pequeña al nivel del piso.
La medidas del cimiento dependen de la resistencia de terreno y del peso de la vivienda. La ayuda técnica nos pro-
Esta segunda cadena podrá omitirse si la casa está sobre
porcionará la clase y las medidas de los cimientos que se
suelo firme y no está localizada en zona sísmica. Los hue-
emplearán.
cos de block en el enrase deberán rellenarse con concreto.
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Figura 9-14. Es muy importante impermeabilizar las coronas de la zapata para evitar humedad y salitre en los muros. 284
Zapatas con block o losas de cimentación
Cuanto más profunda sea la cimentación, el ancho de la
Para moldear la zapata corrida, previamente se tendrán los
cepa tendrá más dimensión, para poder maniobrar sin difi-
niveles de desplante, las alturas de la zapata y contratrabe.
cultad en la elaboración de la cimbra.
Figura 9-15. Zapatas con block o losas de cimentación 285
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Cimbras
Para usar los llamados cajones hechos a base de tabla de
Las cimbras o moldes se realizan con madera, por su facilidad de manejo para dar la forma deseada.
2.5 cm. (1”) de espesor y con refuerzos laterales con tabla
La cimbra de madera que está en contacto directo con el concreto puede ser usada de cuatro a seis veces, También se puede usar triplay, fibracel, metal, etcétera.
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de 3.81 cm (1/2”) en tamaños alrededor de un metro. Este tipo de piezas evita el desperdicio de madera, ya que no hay que estar cortando continuamente.
Zapata y trabe de concreto
Figura 9-16. Zapata y trabe de concreto. 287
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Uso de cajones prefabricados Al cimbrar se verifican las medidas de la cimentación requerida, la nivelación (con burbuja) de las piezas así como el plomo, y previamente se habrá revisado el armado.
La cimbra puede deformarse sin desarmarse debido a los esfuerzos que soporta durante el vaciado del concreto.
Cada uno de los elementos que forman el molde deberán estar perfectamente unidos y rígidos, con las separaciones y dimensiones correctas.
Perspectiva • Estacas de 2” x 2” cada 50 cm • Tablas de 4” u 8” por 1”de espesor • Polines de 4” x 4” • Separadores de 11 2” x 4” a cada 60 cm • Cajones de tabla o duela Figura 9-17. 288
• Troqueles de 11 2” x 4” a cada 70 cm
Figura 9-18. 289
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Tensores La altura y la sección son dos aspectos importantes a considerar en el reforzamiento de la cimbra. Sobre esta base hay que elegir los puntos de ubicación de los refuerzos para resistir los empujes del concreto sobre los cachetes, los que aumentan de arriba hacia abajo . (figura 9-19. a) Los empujes del concreto son mayores en la parte baja, y para contrarrestarlos se rigidizará la cimbra con tensores y separadores a lo largo de la altura. Los tensores son una solución económica y eficaz , para impedir la separación de los tableros (cachetes) ante el empuje del concreto.
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Dependiendo del esfuerzo que van a resistir se hacen de alambre o de varilla (1/4"). Para reducir las secciones de la cimbra se ponen los tensores y separadores en los tableros. Los separadores evitarán que se cierren los tableros por efecto de los tensores (véase la figura 9-19. b ). Los separadores se han de colocar en la zona donde van los tensores, y deben coincidir con las costillas del cimbrado (atiesadores). Los separadores pueden ser interiores, pueden ser a base de varilla o varilla roscada.
Figura 9-19. a) Presión del concreto sobre la cimbra
b) Tensores y separadores de cimbra 291
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Zapatas corridas de concreto ciclópeo Es igualmente aplicada en los casos donde se decida utilizar zapatas corridas de concreto armado, sólo que ofrece mayores ventajas en economía de materiales y rapidez de ejecución para aquellos terrenos donde exista disponibilidad de piedra con tamaños entre 10 y 30 centímetros.
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Sin llegar a ser una mampostería de piedra, el concreto ciclópeo se construye vaciando el concreto en la cepa, y las piedras se colocan en forma uniforme sin llegar a saturarlo. Es muy importante que el concreto se coloque antes que las piedras para evitar que se formen huecos en él.
Figura 9-20. Zapatas corridas de concreto ciclópeo 293
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Cadena o trabe de repartición Igual que en las zapatas, tiene como función unir o ligar los muros en su base formando una retícula, la cual deberá formar rectángulos cerrados.(ver uniones de las cadenas en la parte de zapatas.)
Figura 9-21. La cadena de repartición puede armarse con varilla o con castillo electrosoldado y tendrá las siguientes dimensiones y armado. 294
También existen castillos armados soldados de fábrica conocidos como ‘‘castillos electrosoldados’’. Le proporcionan a la cadena de repartición la misma resistencia que si se emplean armados tradicionales, con la ventaja de que es más fácil de instalar, rápido y es más económico. Este producto se solicita con los distribuidores de materiales como ‘‘castillo electrosoldado’’ 15-25-4.
Figura 9-22 Anclaje de castillo en cadena de repartición.
Figura 9-23. Planta retícula cerrada.
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Figura 9-24. Las dimensiones de la cadena o trabe de repartición en este caso serán siempre las mismas. 296
Figura 9-25.
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Figura 9-26. Se indican los armados sólo para desplante sobre suelos blandos, porque para suelos medios o duros será más económico utilizar zapatas. 298
Losa de cimentación La losa se construirá con concreto reforzado con varillas o con malla soldada y se colará al mismo tiempo que las cadenas de repartición. El desplante de la losa se hará siempre sobre material resistente. Si la topografía del suelo es irregular o existen zonas de material malo o poco resistente como cascajo o escombro, suelos con materia vegetal u orgánica, etc., se deberán retirar estos materiales y rellenar con tepetate compactado en capas de 20 cm (véase rellenos en zonas bajas o cuencas). En las zapatas, se construirá igualmente una plantilla para evitar que se contamine el concreto durante el colado. La losa deberá armarse con varillas o con malla electrosoldada (la malla de tipo gallinero no sirve para este refuerzo), y es muy importante que las varillas o la malla se mantengan en su posición antes y durante el colado, porque en el proceso de construcción se camina sobre ellas. Para lograr que la posición del armado superior no cambie se
colocan silletas hechas con varilla de desperdicio, y deberán ser cortadas y dobladas a la medida de la losa. Para el refuerzo inferior se pueden utilizar calzas o tacones hechos de piedra laja, concreto, pedazos de varilla de desperdicio amarrados, etcétera. La cantidad de silletas y calzas dependerá del grosor de las varillas, y se sugiere lo siguiente: Separación de calzas y silletas Varilla núm. 4
@ 100 x 100
Varilla núm. 3
@ 50 x 50
Malla soldada 66-66
@ 60 x 60
Centro de tableros es igual al armado en lecho alto. Ejes de carga (muros y contratrabes) es igual en lecho bajo. La losa se armará en dos lechos de refuerzo. El lecho superior se colocará corrido entre las cadenas de repartición y ésta al centro del tablero, y el lecho inferior se colocará con bastones bajo las cadenas de repartición y 299
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está en los ejes de carga. Estos dos lechos se colocarán en las dos dimensiones formando una parrilla, cuando se usan varillas para el armado del lecho superior.
Este tipo de cimentación es, sin duda, menos económico que los revisados anteriormente. Las losas de cimentación se emplean sólo cuando es necesario transmitir al suelo esfuerzos de poca magnitud, por ejemplo, en suelos muy blandos o deformables con alto contenido de agua donde esfuerzos altos en el suelo producirán hundimientos importantes, o cuando en conjuntos se requiera por economía niveles, rellenos y compactación con maquinaria.
La función de la losa de cimentación es formar una placa que soporte toda la estructura de la casa sobre ella. Está formada por cadenas o trabes de repartición y la propia losa.
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Preparación para instalaciones Antes de empezar la construcción de los cimientos de una casa, es necesario hacer el trazo de las líneas por donde van a pasar los tubos de drenaje, es decir, que se dejarán los huecos o pasos para el drenaje de la tubería. El trazo del drenaje debe hacerse desde el baño, cocina y registro, hasta el lugar por donde sale el drenaje a la calle. La línea del drenaje debe estar trazada de la manera más recta posible. El drenaje debe situarse en el patio o pasillo exterior. Hay que marcar los sitios donde van a estar los registros, así como tomar en cuenta que debe haber una distancia de 10 metros máximo entre ellos. Se deben señalar aquellos puntos donde haya algún cambio de dirección del drenaje también es necesario ubicar un registro a un metro de distancia entre el límite del terreno y la calle.
