Capítulo 9 Cimentación Introducción
La
cimentación más conocida es la mampostería de piedra pegada con mortero de cemento.
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. soportarla.
En terr terren enos os arci arcill llos osos os como como el de la ciud ciudad ad de Méxi México co resu resulltan tan mejor mejores es las cime cimenta ntaci cione oness rígi rígidas das de conc concre reto to armad armado. o. El cuer cuerpo po huma humano no es sust susten enta tado do por por las las pier pierna nas, s, y tran transm smii-
Ponga Pongamo moss de ejemp ejemplo lo un suelo suelo bland blando; o; recarg recargamo amoss el cuerpo sobre una vara, y ésta se va a hundir.
te la carga (su peso) a través de las plantas, al terreno terreno que
Llevemos el ejemplo anterior, a la construcción. En terre-
lo recibe. (véase figura 9-1. a y b)
nos blandos es más fácil que se hunda un poste o columna que un cimiento o la losa de cimentación. La explicación técnica técnica es la siguiente: 267
IMCYC
Figura 9-1. La construcción transmite la carga al terreno por la cimentación. 268
•
•
•
La carg carga a que que se ejer ejerza za sobr sobre e el terr terren eno o tend tender erá á a pene pene--
menor, es decir, esta distribuyendo su peso en el suelo
trar. (véase figura 9-2. A)
en una mayor superficie.
El terreno contrarrestará el peso en sentido contrario,
•
es decir, impedirá la penetración (resistencia (resistencia o capaci-
se mide en kg/cm (kilogramos por centímetro cuadra-
dad de carga del suelo). (véase figura 9-2. B)
do) o ton/m (toneladas por metro cuadrado), es decir, la carga que puede resistir el terreno por la unidad de
Carga y suelo constituyen un equilibrio de fuerzas; si la
superficie sin que se hunda o peligre la construcción:
carg carga a es mayo mayorr que que la resi resist sten enci cia a del del suel suelo, o, se hund hundir irá á
de aquí la clasificac clasificación ión de suelos suelos en blandos, blandos, medianos medianos
el peso peso (obj (objet eto, o, pers person ona, a, cime ciment ntac ació ión, n, etc. etc.). ). Por Por el concon-
o duros. (véase figura 9-2. E)
trario, si el peso es menor que la resistencia del suelo, no habrá hundimiento. •
Técnicamente, Técnicamente, se dice que la resistencia de un terreno
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 hund hundim imie ient nto) o).. Un ejem ejempl plo o clar claro o es el expu expues esto to en las las fifi-
•
Los suelos blandos requieren o requerirán mayor cuidado porque tienen menor resistencia a la penetración ción;; obvi obviam amen ente te,, los los suel suelos os duro duross tien tienen en much mucha a resistencia a la misma.
Si decimos que un terreno tiene una resistencia de 5 ton/m (cinco toneladas por metro cuadrado), indicamos
gura gura 9-2 c y 9-2 d. Para Para reforza reforzarr el concep concepto: to: si una
que soportará una carga máxima de cinco toneladas por
persona camina en la playa, sus pies se hundirán, sin
cada metro cuadrado. Al sobrepasarse las 5 toneladas, el
embargo, al acostarse el hundimiento de su cuerpo es
terreno tenderá a hundirse. hundirse. 269
IMCYC
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-
iden identi tifi fica ca los los tres tres gran grande dess grup grupos os de suel suelos os:: blan blando do,,
gar para obtener la solución solución de la cimentación cimentación que se va
mediano y duro.
a emplear. emplear. Todo tipo de terreno terreno tiene diferentes diferentes mate-
270
Terrenos duros
riales, los cuales se clasifican según su tamaño y resistencia.
Gravas y arenas mezcladas con arcilla seca Esqu Esquis isto toss o roca rocass comp compue uest stas as o cong conglo lome mera rado doss
Clasificación granulométrica del terreno Limos
1 mm
Arenas
1 a 3.5 mm
Resistencia 40 a 60 ton/m 80 a 100 100 ton/ ton/m m
Piedra arenisca en lechos compactos
200 ton/m
Piedra caliza en lechos compactos
250 ton/m
Roca granítica
300 ton/m
Gravilla o granzón
3.5 a 10 mm
(Los coeficientes dados son de trabajo)
Grava tamaño máximo
10 a 38 mm
Si el terr terren eno o es de clas clasif ific icac ació ión n suav suave e y adem además ás se ubic ubica a en
38 mm
zona de muy alta alta o alta sismicidad, sismicidad, lo aconsejable aconsejable es apoapo-
Cantos rodados
yarse en las autoridades locales de obras públicas, o en un profesi profesionis onista ta en materia materia de construc construcció ción n (arquite (arquitecto cto o inge ingeni nier ero o civi civil) l),, a fin fin de obte obtene nerr una una solu soluci ción ón segu segura ra para para la
Clasificación del terreno por su cohesión
vivienda que se va a construir.
Terrenos suaves Resistencia Terrenos del valle de México Terr Terren eno o de aluv aluvió ión n (dep (depós ósit ito o arci arcill llos osoo-ar aren ena) a) Tierra firme y seca natural Arcillas blandas (sustancia mineral impermeable y plástica, barro)
2 a 5 ton/m
La cimentación es el elemento estructural que soporta el
5 a 10 ton/ ton/m m
peso peso de la cons constr truc ucci ción ón y tran transm smit ite e las las carg cargas as al terr terren eno o en
10 ton/m
que se encuentra, en una forma estable y segura.
10 a 15 ton/m
El tipo de cimentación depende del tipo de terreno (resis-
Arena limpia y seca en lechos naturales confinados
20 ton/m
tencia), la pendiente del mismo, las cargas a transmitir, los
Arena compacta
40 ton/m
mater materia iales les y los sistem sistemas as const construc ructi tivo vos. s. Los Los tipos tipos de
Arena compacta confinada conglutinada
40 ton/m
cimentación cimentación superficial superficial más comunes son : 271
IMCYC
Tipos de cimentación Con Con los los elem elemen ento toss vist vistos os ante anteri rior orme ment nte e , esta estamo moss ahor ahora a 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 apropiados a los prototipos arquitectónicos arquitectónicos sugeridos. sugeridos.
La zapata Sirve para transmitir 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
IMCYC
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 elemento elementos: s: zapata zapata y trabe de repartic repartición. ión. (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).
275
IMCYC
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
@ 20
@ 15
@ 20
@ 15
@ 20
@ 20
Armado D
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
276
Figura 9-6. Zapata central 277
IMCYC
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
@ 15
@ 10
@ 15
@ 10
@ 15
@ 15
Armado D
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
@ 30
278
Figura 9-7. Zapata de colindancia. 279
IMCYC
Para asegurarse de que durante el colado de la zapata no
En el caso caso de que, que, por por la pend pendie ient nte e del del terr terren eno, o, sea sea nec necesaesa-
se contamine el concreto o el suelo absorba el agua de la
rio rio hacer hacer escalo escalonam namie iento ntoss en la cime cimenta ntaci ción, ón, siempr siempre e
mezcla, es conveniente construir una plantilla que haga las
deberá apoyarse esta última sobre suelo firme. Se ocasio-
veces de molde por la parte inferior (figura 9-11).
narí narían an prob proble lema mass grav graves es a la casa casa si una una part parte e de la cime cimenn-
La plantilla puede construirse con una mezcla de concreto
tación se apoyará sobre un suelo diferente a aquel donde
muy pobre o bien con pedacería de piedras o tabiques api-
se apoya el resto (figura 9-12). Los escalonamientos de la
sonados (figuras 9-8, 9-9 y 9-10).
zapata y la trabe de coronamiento podrán hacerse en los
Figu Figura ra 9-8. 9-8.Pl Plan anti tillllaa de conc concre reto to pobr pobre. e. 280
Figu Figura ra 9-9. 9-9. Plan Planti tillllaa de peda pedace cerí ríaa de pied piedra ra.. ..
Figu Figura ra 9-10 9-10.. Plan Planti tillllaa de tabi tabiqu ques es apis apison onad ados os..
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 cimiento más bajo (figura 9-13).
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.
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
Es muy conveniente impermeabilizar las coronas de las
zapatas.
zapatas para evitar humedad y salitre en los muros. 281
IMCYC
Figura 9-13. Castillos. 282
Zapatas de piedra Los cimie imient ntos os son son los los apoy apoyos os que que sirv sirven en para para toma tomarr el peso 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
tambi también én pueden pueden ser interi interior ores es (sus (sus dos paráme parámetr tros os incl inclin inaa-
bloques huecos de concreto y una segunda cadena de
dos) y colindantes colindantes (con un paramento vertical).
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 cos de bloc blockk en el enra enrase se debe deberá rán n rell rellen enar arse se con con conc concre reto to..
283
IMCYC
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 Para moldea moldearr la zapat zapata a corr corrida ida,, prev previam iament ente e se tendrá tendrán n los los
cepa tendrá más dimensión, para poder maniobrar sin difi-
nive nivele less de desp despla lant nte, e, las las altu altura rass de la zapa zapata ta y cont contra ratr trab abe. e.
cultad en la elaboración de la cimbra.
Figura 9-15. Zapatas con block o losas de cimentación 285
IMCYC
Cimbras
Para usar los llamados cajones hechos a base de tabla de
Las cimbras o moldes se realizan con madera, por su facili-
2.5 cm. (1 ) de espesor y con refuerzos laterales con tabla
dad de manejo para dar la forma deseada.
de 3.81 cm (1/2 ) en tamaños alrededor de un metro. Este
La cimbra de madera que está en contacto directo con el concreto concreto puede ser usada de cuatro a seis veces, También se puede usar triplay, fibracel, fibracel, metal, etcétera.
286
”
”
tipo tipo de piez piezas as evit evita a el desp desper erdi dici cio o de made madera ra,, ya que que no hay hay que estar cortando continuamente. continuamente.
Zapata y trabe de concreto
Figura 9-16. Zapata y trabe de concreto. 287
IMCYC
Uso de cajones prefabricados Al cimb cimbrar rar se verif verific ican an las medid medidas as de la cime cimenta ntaci ción ón
La cimbra puede deformarse sin desarmarse debido a los
requerida, la nivelación (con burbuja) de las piezas así
esfuerzos esfuerzos que soporta durante el vaciado vaciado del concreto.
como como el plom plomo, o, y prev previa iame ment nte e se habr habrá á revi revisa sado do el arma armado do.. Cada uno de los elementos que forman el molde deberán estar estar perfe perfect ctame amente nte unido unidoss y rígid rígidos, os, con con las separa separaci cione oness y dimensiones dimensiones correctas. correctas.
Perspectiva
Figura 9-17. 288
•
Estacas de 2 x 2 cada 50 cm
•
Tablas de 4 u 8 por 1 de espesor
•
Polines de 4 x 4
•
Separadores de 1
•
Cajones de tabla o duela
•
Troquele Troqueless de 1
”
”
”
”
”
”
”
”
”
x 4 a cada 60 cm ”
x 4 a cada 70 cm ”
Figura 9-18. 289
IMCYC
Tensores La altura y la sección son dos aspectos importantes a con-
Dependiendo del esfuerzo que van a resistir se hacen de alambre o de varilla (1/4").
siderar en el reforzamiento de la cimbra. Sobre esta base
Para Para redu reduci cirr las las secc seccio ione ness de la cimbr imbra a se pone ponen n los los tens tensoo-
hay que elegir los puntos de ubicación de los refuerzos
res y separadores en los tableros.
para resistir los empujes del concreto sobre los cachetes, los que aumentan de arriba hacia abajo . (figura 9-19. a)
Los separadores evitarán que se cierren los tableros por efecto de los tensores (véase la figura 9-19. b ).
Los empujes del concreto son mayores en la parte baja, y para contrarrestarlos se rigidizará la cimbra con tensores
Los sepa separa rado dore ress se han han de colo coloca carr en la zona ona dond donde e van van los los
y separadores a lo largo de la altura.
tensores, y deben coincidir con las costillas del cimbrado
Los tensores son una solución económica y eficaz , para
(atiesadores).
impedir la separación de los tableros (cachetes) ante el
Los separadores pueden ser interiores, interiores, pueden ser a base
empuje del concreto. concreto.
de varilla o varilla roscada.
290
Figura 9-19. a) Presión del concreto sobre la cimbra
b) Tensores y separadores de cimbra 291
IMCYC
Zapatas corridas de concreto ciclópeo Es igualmente aplicada en los casos donde se decida utili-
Sin llegar a ser una mampostería de piedra, el concreto
zar zapatas corridas de concreto armado, sólo que ofrece
ciclópeo se construye vaciando el concreto en la cepa, y las
mayores ventajas en economía de materiales y rapidez de
piedras se colocan en forma uniforme sin llegar a saturar-
ejecución para aquellos terrenos donde exista disponibili-
lo. lo. Es muy muy impo import rtan ante te que que el conc concre reto to se colo coloqu que e ante antess que que
dad de piedra con tamaños entre 10 y 30 centímetros.
las piedras para evitar que se formen huecos en él.
292
Figura 9-20. Zapatas corridas de concreto ciclópeo 293
IMCYC
Cadena o trabe de repartición Igual que en las zapatas, tiene como función unir o ligar los muro muross en su base base form forman ando do una una retí retícu cula la,, la cual cual debe deberá rá forformar rectángulos cerrados.(ver uniones de las cadenas en la parte de zapatas.)
También También existen existen castill castillos os armados armados soldados soldados de fábrica fábrica conocidos como ‘‘castillos electrosoldados’’. Le proporcionan a la cadena de repartición la misma resistencia que si se empl emplea ean n arma armado doss trad tradic icio iona nale les, s, con con la vent ventaj aja a de que que es más fácil de instalar, rápido y es más económico. económico. Este producto se solicita con los distribuidores distribuidores de materiales materiales como ‘‘castillo electrosoldado’’ 15-25-4.
Figura 9-21. La cadena de repartición puede armarse con varilla o con castillo electrosoldado y tendrá las siguientes dimensiones y armado. 294
Figura 9-22 Anclaje de castillo en cadena de repartición.
Figura 9-23. Planta retícula cerrada.
295
IMCYC
Figura 9-24. Las dimensiones de la cadena o trabe de repartición en este caso serán siempre las mismas. 296
Figura 9-25.
297
IMCYC
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 construirá con concreto reforzado con varillas o
colocan silletas hechas con varilla de desperdicio, y deberán ser cortadas y dobladas a la medida de la losa.
con malla soldada y se colará al mismo tiempo que las
Para Para el refu refuer erzo zo infe inferi rior or se pued pueden en util utiliz izar ar calz calzas as o taco tacone ness
cadenas de repartición. repartición.
hechos de piedra laja, concreto, concreto, pedazos de varilla varilla de des-
El desplante de la losa se hará siempre sobre material
perdicio amarrados, etcétera.
resistente. Si la topografía del suelo es irregular o existen
La cant cantid idad ad de sill sillet etas as y calz calzas as depe depend nder erá á del del gros grosor or de las las
zonas de material malo o poco resistente como cascajo o
varillas, y se sugiere lo siguiente:
escombro, suelos con materia vegetal u orgánica, etc., se deberán retirar estos materiales y rellenar con tepetate
Separación Separación de calzas y silletas silletas
compactado en capas de 20 cm (véase rellenos en zonas
Varilla núm. 4
@ 100 x 100
bajas o cuencas). cuencas).
Varilla núm. 3
@ 50 x 50
Malla soldada 66-66
@ 60 x 60
En las zapatas, se construirá igualmente igualmente una plantilla plantilla para evitar que se contamine el concreto durante el colado.
Centro de tableros es igual al armado en lecho alto.
La losa losa debe deberá rá arma armars rse e con con vari varill llas as o con con mall malla a elec electr tros osol ol--
Ejes Ejes de carg carga a (mur (muros os y cont contra ratr trab abes es)) es igua iguall en lech lecho o bajo bajo..
dada (la malla de tipo gallinero no sirve para este refuerzo), y es muy importante que las varillas o la malla se man-
La losa se armará en dos lechos de refuerzo.
tengan en su posición antes y durante el colado, porque en
El lecho superior se colocará corrido entre las cadenas de
el proceso de construcción se camina sobre ellas. Para
repa repart rtic ició ión n y ésta ésta al cent centro ro del del tabl tabler ero, o, y el lech lecho o infe inferi rior or se
lograr que la posición del armado superior no cambie se
colocará con bastones bajo las cadenas de repartición y 299
IMCYC
está en los ejes de carga. Estos dos lechos se colocarán en las las dos dos dime dimens nsio ione ness form forman ando do una una parr parril illa la,, cuan cuando do se usan usan varillas para el armado del lecho superior.
Preparación para instalaciones Antes de empezar la construcción de los cimientos de una casa, es necesario hacer el trazo de las líneas por donde
Este tipo de cimentación es, sin duda, menos económico que los revisados revisados anteriormente. Las losas de cimentación cimentación
van a pasar los tubos de drenaje, es decir, que se dejarán los huecos o pasos para el drenaje de la tubería.
se emplean sólo cuando es necesario transmitir al suelo
El trazo del drenaje debe hacerse desde el baño, cocina y
esfuerzos de poca magnitud, por ejemplo, en suelos muy
regis egistr tro, o, hast hasta a el lugar ugar por por dond donde e sale sale el dren drenaj aje e a la cal calle. le. La
blandos o deformables con alto contenido de agua donde
línea del drenaje debe estar trazada de la manera más recta
esfuer esfuerzo zoss altos altos en el suelo suelo produ produci cirán rán hundi hundimie miento ntoss impor impor--
posi posibl ble. e. El dren drenaj aje e debe debe situ situar arse se en el pati patio o o pasi pasillllo o exte exteri rior or..
tantes, o cuando en conjuntos se requiera por economía niveles, niveles, rellenos rellenos y compactación compactación con maquinaria. maquinaria.
Hay que marcar los sitios donde van a estar los registros, así como tomar en cuenta que debe haber una distancia de
La función de la losa de cimentación es formar una placa
10 metros máximo entre ellos. Se deben señalar aquellos
que soporte toda la estructura de la casa sobre ella. Está
puntos donde haya algún cambio de dirección del drenaje
formada por cadenas o trabes de repartición y la propia
también es necesario necesario ubicar un registro a un metro de dis-
losa.
tancia entre el límite del terreno y la calle.
300
