Cimentaciones

TEMA 2

CIMENTACIONES

Dentro de una edificación o estructura, la cimentación o sub-estructura es aquella parte que se construye generalmente por debajo de la superficie del terreno y que trasmite las cargas  de las columnas y muros al suelo subyacente.

Su importancia es evidente, para que una estructura proporcione seguridad y trabaje correctamente debe "descansar" en una cimentación adecuada. Es muy importante tener mucho cuidado con el diseño de la cimentación, ya que, casi todas las partes de una estructura(columnas, vigas, losas, etc.) se pueden reforzar, pero es muy difícil (o muy costoso) arreglar  o reforzar una cimentación inadecuada.

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El terreno debe trabajar bajo una carga tal que no altere su estado de equilibrio, o sea, que no se produzcan deformaciones o asentamientos perceptibles que repercutan en los diferentes elementos de la estructura, produciéndoles tensiones parásitas para las cuales no ha sido diseñada.  

Todos  los   suelos en mayor o menor medida,  se   comprimen   al   someterse  a   cargas   y   como   consecuencia, ocurren asentamientos en la estructura  que  soportan.

• En relación al terreno de cimentación, existen dos requisitos esenciales en el diseño de las cimentaciones ;

      a).  Que  el  asentamiento   total  de  la  estructura  esté   limitado  a una cantidad tolerablemente pequeña. (Diferente para cada tipo de estructura).

      b).  Que el asentamiento  diferencial  de las distintas  partes  de una misma  estructura  no exista o eliminarla en  lo posible.

Asentamientos diferenciales : Son asentamientos distintos  que ocurren dentro de una misma estructura, por ejemplo, cuando una columna se “asienta” más que otra adyacente, la diferencia es lo que se llama asentamiento diferencial.

• Para eliminar los asentamientos  es necesario :

a). Transmitir   la  carga  de  la   estructura  hasta  un  estrato  de  suelo  que  tenga la resistencia suficiente. (Esto lo determina el Ingeniero especialista en suelos).

b).  Distribuir la carga sobre un área suficientemente grande de este estrato de manera de no sobrepasar la  carga máxima permisible de este suelo.

Dependiendo de la profundidad en la que se ubique el " estrato de suelo" donde se va ha cimentar, tendremos dos tipos de cimentación :

- Cimentación Superficial .- Aplica cuando se encuentra un suelo satisfactorio inmediatamente, debajo de la estructura; en este caso, solo se requiere repartir la carga,  mediante zapatas  cimientos corridos u otros tipos de cimentación.

- Cimentación Profunda.- Aplica cuando no se encuentra un suelo adecuado inmediatamente debajo de la estructura, en este caso, hay que llevar las cargas hasta la profundidad donde se encuentre el suelo adecuado. Ejemplos : Pilotes " caissons", sub-zapatas, etc.

Las presiones de contacto admisibles (qa) se determinan a partir de los principios de mecánica de suelos, con base en los ensayos de carga y otras determinaciones experimentales. Las presiones de contacto admisibles con las cargas de servicio se basan, por lo general, en un factor de seguridad entre 2.5 y 3.0 contra la excedencia de la capacidad portante última del suelo y para mantener los asentamientos dentro de los límites tolerables.    

      Datos referenciales sobre capacidad portante, de algunos tipos de suelo

      - Roca medio dura y sana                ≈  20.0 Kg/cm².

      - Roca blanda o fisurada                ≈  7.0 Kg/cm².

      - Conglomerado compactado

         bien graduado                         ≈   4.0 Kg/cm².

      - Arena gruesa mezclada con

         grava                                        ≈ 2.0 Kg/cm².

      - Arena gruesa y fina, mezcladas

        con limo ó arcilla                          ≈ 1.5 Kg/cm².

      - Arcilla muy compactada                 ≈ 1.5  Kg/cm².

      - Arcilla medianamente

        compactada                                 ≈ 1.0 Kg/cm².

      - Arcilla mezclada con limo

        y sin compactar                        ≈ 0.5 Kg/cm².

No se debe cimentar sobre suelos que contengan residuos orgánicos (raíces, restos de cultivos, rellenos, turba) porque son muy compresibles.   

        El ingeniero que diseña la cimentación de una estructura debe reunir toda la información relativa a la estructura y toda la información relativa al suelo de cimentación.

        Esta información debe involucrar como mínimo:

• Con relación a la estructura a cimentar:

- Tipo  y magnitud de las cargas.

- Propósito de la estructura.

- Materiales que se emplearán en su construcción.

- Sensibilidad   a   los   asentamientos  en  general,  y  asentamientos diferenciales en particular.

• Con relación al suelo de cimentación:

- Presión máxima admisible del suelo.

- Profundidad a la que se ubica el estrato que proporciona esta " presión máxima admisible".

- Indicación de los asentamientos máximos que se pueden esperar.

- Recomendación   sobre   su   clasificación   para   la   aplicación   de  lo  indicado  en las normas  sismo-resistentes.   

- Conocer  el factor de seguridad usado  (2.5 - 3) respecto de la presión de asentamiento del suelo.

        Debe resaltarse que, dependiendo de la importancia y/o magnitud de la obra, debe existir una inter-relación muy estrecha entre los dos especialistas el de suelos y el estructural, que vaya más allá del simple intercambio de información.

1.- TIPOS  DE CIMENTACION SUPERFICIAL O CIMENTACION DE REPARTICION

Se usa cuando se encuentra un suelo satisfactorio inmediatamente debajo de la estructura, y se reparte la carga mediante zapatas.

Las zapatas pueden ser de diferentes tipos :

a). Zapatas para muros.- consiste, simplemente, en una faja de concreto armado, más ancha que el muro, la cual distribuye la carga al terreno. Esta faja puede ser centrada ó excéntrica.

b). Zapatas aisladas.- consisten   en   un   elemento   de   concreto   debajo  de  la  columna  y que generalmente  tiene la  misma  forma que ella,  representan la forma más simple y económica  de cimentación.

c). Zapatas combinadas.- ocurren en  el  caso  de  columnas exteriores, cuando el límite de propiedad no  permite  el  uso   de   zapatas  aisladas. Pueden  adoptar  diferentes formas, dependiendo de las cargas, normalmente involucran a la columna adyacente.

d). Zapatas conectadas.- es el caso de dos zapatas aisladas  unidas ó " conectadas " por una viga   de  cimentación,   resuelve   igualmente,  el   caso   de  columnas   exteriores,   cuando   no   es      económico el uso de zapatas combinadas.

e). Zapatas combinadas interiores.- se   usan  bajo  dos  ó  más  columnas, cuando éstas están a  espaciamientos  cercanos  y  las  cargas  son  muy  fuertes, de  manera que si se usarán zapatas aisladas estas se traslaparían ó casi se traslaparían.

f). Zapatas continuas.- caso  especial  de  zapatas  combinadas  interiores, involucran más de dos columnas.

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Si el suelo es de muy poca capacidad portante, las cargas son muy grandes, las áreas de las zapatas se vuelven tan grandes que pueden resultar antieconómicas, o llegan a sobreponerse, en este caso, se recurre a una platea de cimentación.

        La platea de cimentación consiste en una losa sólida de concreto armado; la cual se extiende debajo de todo el edificio, en consecuencia, distribuye la carga de la estructura sobre la máxima área disponible.

        Puede ser una losa simple armada en 2 sentidos ó con vigas principales y secundarias localizadas en los ejes de la columna. (Imaginar como un techo cargado de abajo hacia arriba).

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