Tipos de Cimentaciones en Edificación: Diseño y Cálculo

Introducción

La función de la cimentación de un edificio es transmitir íntegramente al terreno las cargas que le llegan desde los diferentes elementos estructurales. La cimentación es la base de la estructura y su correcta ejecución es fundamental para la estabilidad y durabilidad del edificio.

Cargas a Considerar en el Cálculo de Cimentaciones

Entre las cargas que deben considerarse en el cálculo se encuentran:

• Esfuerzos normales, cortantes y flectores que transmiten pilares, muros de hormigón y muros de carga.
• Cargas de otros elementos.
• Peso propio de la cimentación.
• Peso de tierras de relleno.
• Empuje horizontal de tierras.
• Empuje hidrostático del agua del terreno.

Requisitos de una Cimentación

Es necesario realizar un estudio geotécnico. Las cimentaciones elegidas tendrán que cumplir los siguientes requisitos:

• Garantía de estabilidad.
• Coeficiente de seguridad adecuado frente a posibles hundimientos o asientos, que nunca deben llegar al límite de deformación de la estructura.
• Durabilidad adecuada al uso del edificio.

Estudio Geotécnico

El estudio geotécnico incluirá:

Actividades

Las actividades llevadas a cabo para conocer el terreno se denominan reconocimiento del terreno y dependerán de las informaciones previas que se tengan del lugar, que pueden ser:

• Prospección del terreno mediante:
  • Calicatas: excavaciones de máximo 4 metros para observar el terreno.
  • Sondeos mecánicos: perforaciones para extraer muestras.
  • Pruebas de penetración: miden la resistencia del terreno a la penetración de una punta metálica.
  • Métodos geofísicos: para grandes superficies, permiten distribuir los puntos de reconocimiento del terreno, así como la profundidad a alcanzar.
• Ensayos de campo:
  • Penetración estándar.
  • Molinete.
  • Ensayo presiométrico.
  • Ensayo de cargas con placa.
• Toma de muestra y su ensayo en el laboratorio.

Resultados, Conclusiones y Recomendaciones Constructivas

Autor o Autores del Estudio

Por lo tanto, el estudio geotécnico debe establecer la tensión admisible del terreno para el firme, los niveles freáticos, la existencia de suelos expansivos y la agresividad química.

Clasificación de Terrenos

• T-1: Favorables, sin problemas con zapatas.
• T-2: Intermedios, presentan variabilidad.
• T-3: Desfavorables.

Clasificación de Cimentaciones

Cimentaciones Directas o Superficiales

Aquellas que transmiten las cargas al terreno sobre un plano de apoyo horizontal. Son económicas, para terrenos resistentes a métodos de excavación y homogéneos. Encontramos:

• Zapatas (simples, combinadas, continuas).
• Losas (lineales, reticulares, placas).
• Pozos de cimentación.

Cimentaciones Profundas

El firme se encuentra a gran profundidad (a 5-6 metros u 8 veces el diámetro de la cimentación). Se utilizan:

• Pilotes.
• Micropilotes.
• Muros pantalla.

Muros de Hormigón

• Muros de contención de tierras.
• Muros de sótanos.

Tipos de Cimentaciones: Detalles y Consideraciones

Cimentaciones Mediante Zapatas

Es la más habitual. Cada pilar descansa sobre una zapata "aislada" que transmite la carga al terreno. El hormigón tiene una resistencia de 250 kg/cm², los pilares de acero 2600 kg/cm² y el terreno entre 1.5 y 4 kg/cm², por lo que la cimentación ha de ocupar más superficie que los pilares o muros. La forma de trabajo es diferente según sea flexible (bulbo de presiones) o rígida (tiene un canto mayor que la mitad de su vuelo). Se usa el modelo de bielas y tirantes. Cuando tenemos varias zapatas aisladas próximas, los bulbos se solapan, también cuando hay mucha carga. Cuando se producen asientos diferenciales, se generan esfuerzos considerables e incluso un cambio de signo de algunos esfuerzos.

Clasificación de Zapatas según su Rigidez

• Flexibles:
  • Zapatas cuyo vuelo es mayor o igual a 2 veces su altura (vuelo ≥ 2h).
  • Encepados cuyo vuelo es mayor o igual a 2 veces su altura (vuelo ≥ 2h).
  • Losas de cimentación.
• Rígidas:
  • Zapatas cuyo vuelo es menor a 2 veces su altura (vuelo < 2h).
  • Encepados cuyo vuelo es menor a 2 veces su altura (vuelo < 2h).
  • Pozos de cimentación.
  • Elementos masivos de cimentación.

Dimensiones y Armado de Zapatas

• Canto mínimo de una zapata de hormigón en masa: ≥ 35 cm.
• Canto mínimo de una zapata de hormigón armado: ≥ 25 cm.
• Canto mínimo de un encepado sobre pilotes: ≥ 40 cm.
• Distancia entre puntos del perímetro del pilote: ≥ 25 cm.
• Las barras dispuestas en las caras inferior, superior o lateral no distarán entre sí más de 30 cm.
• El cortante se resiste con el canto y se puede reforzar con una armadura a 45º.

Tipos de Zapatas

• Zapatas Aisladas.
• Zapatas Corridas.
• Zapatas Excéntricas.
• Vigas Riostras y Vigas Centradoras: Atan horizontalmente las zapatas aisladas. Trabajan a tracción y compresión. Las vigas centradoras unen a una zapata excéntrica con otra, que puede serlo también o no. Su función es contrarrestar el vuelo de aquella. Las centradoras trabajan a flexión, con las tracciones situadas en la cara superior. Muy habitual en el forjado sanitario del edificio.
• Zapatas Combinadas: Recogen más de un pilar.

Casos Particulares

• Zapatas Medianeras o de Esquina: Se han de atar con vigas centradoras a las zapatas colindantes para evitar su vuelco.
• Zapatas de Hormigón en Masa.
• Pozos de Cimentación.

Losas de Cimentación

Tipos de losas:

• Losas lineales (flexión en una dirección).
• Losas reticulares.
• Placas (flexión en dos direcciones).
• Losas nervadas de cimentación.
• Losas continuas y uniformes, con o sin refuerzo.
• Losas aligeradas.
• Losas de cajón.

Muros de Hormigón

• Muros de Contención: Se utilizan para mantener una diferencia de niveles en el terreno (gravedad, aligerados, con placas, en ménsula con contrafuertes por bataches).
• Muros de Sótano: Destinados a independizar una construcción enterrada del terreno colindante. Quedan arriostrados horizontalmente. Las armaduras verticales son las principales, las horizontales son de reparto.