CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 2 TIPOS DE FUNDACIONES................................................................................ 3 CLASIFICACION DE LAS FUNDACIONES. ...................................................... 3 FUNDACIONES SUPERFICIALES ................................................................. 3 ZAPATAS AISLADAS ............................................................................... 3 ZAPATAS ATIRANTADAS ....................................................................... 5 ZAPATAS Y VIGAS DE FUNDACIÓN .......................... ............ ........................... .......................... ................. 5 ZAPATAS CORRIDAS ............................................................................. 6 ZAPATA COMBINADA ............................................................................. 6 LOSAS. ........................................................................................................... 7 LOSAS DE ESPESOR CONSTANTE ...................................................... 7 LOSAS CON CAPITELES ........................................................................ 7 LOSAS NERVADAS ................................................................................. 8 LOSAS FLOTANTES ............................................................................... 8 ZAPATAS AISLADAS ............................................................................... 8 CIMENTACIONES. .......................................................................................... 10 CONCLUSIONES ............................................................................................. 13 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 14 ANEXOS .......................................................................................................... 15
INTRODUCCIÓN Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas deben cimentarse sobre la superficie del terreno o dentro de él. Las cargas de estas estructuras se transmiten al terreno a través de una cimentación adecuada; dependiendo de la naturaleza del terreno, se construyen cimentaciones superficiales como las zapatas y cimentaciones profundas como los pilotes. En el proyecto de cualquier sistema de cimentación, el problema fundamental es evitar que se produzcan asientos suficientemente grandes para dañar la estructura o dificultar sus funciones. La magnitud del asiento permisible depende, entre otros factores, del tamaño, tipo y utilización de la estructura, tipo de cimentación y del emplazamiento de la estructura.
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, En ocasiones , cuando comenzamos a realizar la excavación para la ejecución de una 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, En estos casos se recurre a la solución de cimentación profunda , que se constituye por medio de muros verticales profundos , los muros pantalla o bien a base de pilares hincados o perforados en el terreno , denominados pilotes
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TIPOS DE FUNDACIONES CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDACIONES. Las distintas o diferentes tipos de fundaciones se clasifican desde el punto de vista constructivo en dos tipos, de las siguientes formas:
Fundaciones Superficiales: Zapatas aisladas. Zapatas atirantadas. Zapatas y vigas de fundación. Zapatas corridas. Losas de espesor constante. Losas con capiteles. Losas nervadas. Losas flotantes. o
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FUNDACIONES SUPERFICIALES .
1.- ZAPATAS. Las zapatas “cimentaciones en zonas aisladas de la estructura “son los tipos más utilizados y se utilizan cuando el terreno tiene en su superficie una resistencia media o alta con respecto a las cargas de la estructura. Es homogénea como para ser afectadas por asentamientos diferenciales entre las distintas partes.
ZAPATAS AISLADAS .
Son de carácter puntual, generalmente están constituidas por dados de hormigón de planta cuadrada. Las fundaciones de zapata en general constituyen los tipos más usados tanto por su economía como por su sencillez de construcción. Las Zapatas Aisladas son un tipo de Cimentación Superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta 3
zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. Las zapatas aisladas van arriostradas con riostras de hormigón armado de sección inferior a la zapata. Pueden ejecutarse de hormigón en masa, es decir sin armar, si las mismas tienen un canto considerable (son las denominadas zapatas macizas).
Armado de la parte inferior: Se realiza un mallazo conformado por
barras cruzadas; la separación entre barras no ha de superar los 30 cm.
Recubrimiento para evitar corrosiones: Separación de las armaduras, entre 5 a 10 cm. del borde y del fondo de la zapata, dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características del terreno. Barras: Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes, mínimo del
12, ante posibles corrosiones. La armadura longitudinal del pilar llega hasta el mallazo, por lo cual se colocan armaduras de espera iguales que las de los pilares.
Solape mínimo: Considerar 30 veces el diámetro de la barra más gruesa del pilar.
Normativa referida a zapata aislada de hormigón en masa o armado como cimiento de soportes verticales: Norma Tecnológica NTE-CSZ Diseño de Zapatas Aisladas
Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar zapatas ni riostras. 4
Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 10 cm. en el estrato del terreno. La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas afectadas por estas variables. En el caso que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, antes de colocar las armaduras.
ZAPATAS ATIRANTADAS .
Son de carácter puntual y trabajan de forma independiente, pero se encuentran unidas por una cadena apoyada al terreno la cual se diseña para evitar el movimiento horizontal relativo entre zapatas aisladas o para unir una zapata aislada a una función corrida.
ZAPATAS Y VIGAS DE FUNDACIÓN .
La viga de fundación es un elemento estructural que permite tomar las cargas de muro y transmitirlas a zapatas aisladas. Puede haber varias razones para querer diseñar zapatas con vigas de fundación. Por ejemplo: Como una forma de ahorrar en comparación a la alternativa de zapata corrida. En algunos casos es conveniente hacer que el peso de los muros descanse
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sobre la zapata para aumentar las cargas horizontal y equilibrar momentos descompensados en el apoyo.
ZAPATAS CORRIDAS .
Cuando se trate de pilares alineados muy próximos a muros, o de equilibrar cargas excéntricas sobre las zapatas contiguas, se considera directamente el empleo de una zapata continua o zapata corrida. La zapata corrida es una zapata continua que servirá como cimentación generalmente a un muro de hormigón armado. El elemento estructural que transmitirá los esfuerzos a la cimentación será por tanto un muro. El muro transmitirá una carga lineal a la zapata. Esta solución es muy apta tanto para edificios residenciales como industriales con sótanos que requieran de muros de contención.
ZAPATA COMBINADA
Este tipo de zapatas tiene la principal característica de que llegan dos o más pilares a la zapata: A veces, cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la zapata, sino excéntricamente sobre la misma o cuando se trata de un pilar perimetral con grandes momentos flectores la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. Una forma común de resolverlo es uniendo o combinando la zapata de cimentación de este pilar con la más próxima, o mediante vigas de atado, de tal manera que se pueda evitar el giro de la cimentación. Un caso frecuente de uso de zapatas combinadas son las zapatas de medianería o zapatas de lindero, que por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Por su propia forma estas zapatas requieren para un correcto equilibrio una viga de atado. Dicha viga de atado junto con otras dos zapatas, constituye un caso de zapatas combinadas. Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros excéntricamente; la sección del conjunto murozapata tiene forma de |_ para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas 6
interiores sustentan muros y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene forma de T invertida _|_; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso del conjunto. LOSAS.
Las losas “cimentación sobre toda la superficie de la estructura “se emplean en terrenos menos resistentes o menos homogéneos o bajo estructuras menos resistentes. Las losas de cimentación son zapatas de gran tamaño encargadas de repartir lo más uniformemente posible las cargas al terreno. Sus principales características pueden ser: espesor reducido en función de sus otras dimensiones. Son útiles cuando la suma de las superficies de la zapata > 50% de la superficie de la edificación. Se trata de una solución cara por lo que su uso será en terrenos con baja resistencia pues en terrenos heterogéneos reducen asientos diferenciales Con ellas se aumenta la superficie de contacto y se reducen los asentamientos diferenciales. Puede decirse de forma aproximadamente que la losa es más económica que las zapatas si la superficie total de estas es superior a la mitad de la superficie cubierta por el edificio, debido al menor espesor de hormigón y cuantía de armaduras, a una excavación más sencilla y un ahorro de encofrados.
LOSAS DE ESPESOR CONSTANTE .
Tiene la ventaja de su gran sencillez de ejecución. Si las cargas y las luces no son importantes el ahorro de encofrados puede compensar el mayor volumen de hormigón necesario.
LOSAS CON CAPITELES .
Se utilizan para aumentar el espesor bajo los pilares y mejorar la resistencia a flexión y cortante. Los capiteles pueden ser superiores o inferiores teniendo estos últimos la ventaja de realizarse sobre la excavación y dejar plana la superficie del sótano. 7
LOSAS NERVADAS .
Con nervios principales bajos los pilares y otros segundarios los nervios pueden ser superiores o inferiores, en el caso de nervios superiores el encofrado es más complicado, y suele ser necesario el empleo de un relleno de aglomerado ligero y un solado independiente para dejar plana la superficie superior. Los nervios inferiores pueden hacerse sobre la excavación.
LOSAS FLOTANTES
Cuando es necesario construir estructuras muy sensibles a asentamientos en terrenos pobres puede recurrirse a fundaciones de loza flotante. La fundación debe hacerse de dimensiones tales que el peso del volumen de tierra removida sea similar a la carga producto del peso de la estructura. En esta forma las condiciones de carga en la superficie del terreno de fundación no han sido teóricamente modificadas por la construcción, de modo que será razonable suponer que los asentamientos serán bajos o nulos.
ZAPATAS AISLADAS .
Las Zapatas Excéntricas son un tipo de Cimentaciones por Zapatas. Son las también llamadas Zapatas de Medianería.
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Corte de una Zapata Excéntrica
Es el caso en el cual el pilar o la pared de carga (medianera) que apoya sobre una zapata, aislada o continua, está tocando el límite del predio, y la carga no puede quedar centrada en el cimiento. De hecho, ésta quedaría fuera de los límites del solar; entonces, es necesario que el pilar o la pared carguen en un extremo de la zapata. Por ello, a este tipo de zapata se la denomina excéntrica. Los ejes verticales de la pared (medianera) y del cimiento, no son coincidentes. La posición de la carga produce diferentes tensiones en el terreno. Para atenuar la excentricidad se puede incrementar la sección de la zapata. Pero aunque se verticaliza la resultante, esto conlleva un aumento en el peso del cimiento. Lo más atinado se logra corrigiendo el momento que se produce arriostrando la zapata; esto se resuelve uniéndola con otra zapata central a través de una 9
riostra entre las dos zapatas, llamada viga centradora, cuya función es evitar que se produzca el giro de la zapata excéntrica. También puede evitarse el giro mediante una zapata combinada, realizada mediante la unión de la zapata excéntrica con otra centrada cercana a la anterior. Para que las riostras trabajen en conjunto, deben tener ambas un canto mínimo igual a la mitad del canto de la zapata.
CIMENTACIONES. La cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las cargas que soporta una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean admisibles para la estructura. Por tanto, para realizar una correcta cimentación habrá que tener en cuenta las características geotécnicas del suelo y además dimensionar el propio cimiento como elemento de hormigón, de modo que sea suficientemente resistente. 2. REQUISITOS DE UNA BUENA CIMENTACIÓN. Deberá cumplir tres requisitos fundamentales: a). El nivel de la cimentación deberá estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios de volumen del suelo, capa freática, excavaciones posteriores, etc. b). Tendrá unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo. c). No deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura. Muchos suelos, fundamentalmente los que tienen arcillas expansivas, varían mucho de volumen según su contenido de humedad. Dichos suelos deberán 10
evitarse o recurrir a unas cimentaciones más profundas que apoyen en terrenos más estables. Otras veces, sin llegar al caso anterior, las alternancias de estaciones secas y húmedas o la proximidad de árboles caducifolios con riego o la rotura de conducciones de agua generan hinchamiento del suelo que puede producir el fallo de la estructura. Por ello conviene alejar la cimentación de todas las causas citadas como medida de precaución. También es importante la existencia de cimentaciones colindantes. Deberán estar, si es posible, a la misma profundidad. En el caso de tener que profundizar más deberán tomarse las precauciones necesarias y tener el mínimo tiempo posible descubierta la excavación para producir la menor variación en el contenido de humedad del suelo. Siempre es preferible alejar lo más posible las cimentaciones de construcciones contiguas. 3. EXPLORACIÓN DEL TERRENO. La exploración del terreno es necesaria para proporcionar al ingeniero proyectista datos sobre: a). La profundidad de la capa freática. b). Las diferentes capas del terreno conociendo su inclinación, espesor y características mecánicas (compresión simple, ensayo triaxial, etc.) y químicas (Sulfatos, carbonatos, etc.). c). Muestras del suelo para conocer otras características mecánicas y la capacidad de asientos sobre suelos inalterados. Sobre el número y profundidad de las tomas a realizar, bien mediante excavaciones o mucho más frecuente mediante sondeos mecánicos. El Ministerio de Fomento, a través de su Norma Tecnológica NTE-CEG Estudios Geotécnicos, los especifica detalladamente en función de las características del edificio a construir. 4. CAPACIDAD DE CARGA DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES. La capacidad de carga es de difícil evaluación, pues depende de diferentes factores como son: 11
a). De las características geotécnicas del terreno y dentro de ellas, principalmente del ángulo de rozamiento interno y de la cohesión del terreno. b). De la estratificación de las diferentes capas de suelo y la profundidad del nivel freático. c). Del nivel de cimentación. d). De las dimensiones del cimiento. e). Del tipo de carga (dirección, excentricidad, periodicidad, etc.). 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 aislada---- 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
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CONCLUSIONES Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario conocer las propiedades y características de cada uno de los suelos encontrados. Así como su granulometría, plasticidad, ángulo de fricción interna del suelo, cohesión, peso específico y otros. Se establecieron de una manera específica los tipos de cimentaciones más comunes, como superficiales, profundas y semiprofundas. Para las cuales se hace necesaria conocer la capacidad de carga del suelo donde se necesita apoyar la cimentación. La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la construcción depende en gran medida del tipo de terreno.
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BIBLIOGRAFÍA
Álvarez Rodríguez, Odalys: Patología de las cimentaciones. Técnicas de intervención. Patología, Diagnóstico y Rehabilitación de Edificaciones. Monografía. La Paz. Bolivia. Marzo 2003. Babé Ruano, Manuel: Mantenimiento y reconstrucción de edificios. Ministerio de Educación Superior. Ciudad de La Habana. Cuba. 1986. Calavera Ruiz, José: Proyecto y Cálculo de Estructuras de Hormigón, Tomo II, Instituto Técnico de Materiales y Construcciones, INTEMAC, España. Colectivo de autores. Curso sobre últimos avances en ingeniería geotécnica. Capítulo: Rehabilitación de la cimentación de estructuras y edificios históricos. Centro de estudio y experimentación de obras públicas ( CEDEX ). La Habana. Cuba. 2000. Ruiz, Gerardo; Fernández, Eduardo: Apuntes de Rehabilitación de Edificios. Tomo 1. ONG SUR. Madrid. España. 1995. Romero Marante, Porfirio: Método de cálculo para la determinación del área de la base de cimentaciones superficiales. Editorial "Félix Varela". La Habana. 1998.
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ANEXOS
Zapata rígida
Zapatas combinadas continúas
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