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Preguntas frecuentes sobre cimentaciones superficiales

¿Qué son las cimentaciones superficiales y por qué son las más utilizadas en edificación?

Las cimentaciones superficiales son elementos estructurales que transmiten los esfuerzos (verticales, horizontales y momentos) de una estructura al terreno a través de su base de contacto. Son las más utilizadas en edificación debido a que son más baratas por carga soportada y más fáciles de ejecutar que otros tipos de cimentaciones. Es fundamental no exceder la capacidad portante del terreno y que las deformaciones producidas sean admisibles para la estructura.

Figura 1. Zapata aislada centrada. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos

¿Cómo influye la presencia de agua y las características del suelo en la construcción de cimentaciones superficiales?

La presencia de agua es un factor crítico en la construcción de cimentaciones. Un drenaje puede incrementar significativamente los costes y los plazos, e incluso hacer inviable una cimentación superficial. Sin embargo, el nivel freático no afectará a la capacidad portante del terreno si se encuentra a una profundidad superior a 1,5 veces el ancho de la zapata por debajo de la superficie del cimiento. En cuanto al suelo, ciertos tipos pueden alterar su estructura. Por ejemplo, en limos o arenas finas, un bombeo inadecuado puede causar sifonamiento o descenso de la superficie del terreno y afectar a las estructuras cercanas. En suelos arcillosos, el contacto con agua de lluvia o la compactación por pisadas puede ablandarlos, por lo que es necesario verter el hormigón de limpieza sin demora o excavar los últimos centímetros justo antes del hormigonado.

¿Cuáles son los tipos principales de zapatas aisladas y cómo se clasifican estructuralmente?

Las zapatas aisladas son cimentaciones puntuales diseñadas para soportar elementos individuales, como pilares o muros. Se emplean en terrenos firmes y competentes, transmiten tensiones medias a altas y generan pequeños asentamientos. Son la opción más económica en roca o suelos con tensiones admisibles superiores a 0,15 N/mm². Se clasifican según su forma:

  • Rectas: De canto constante.
  • Escalonadas: Con variaciones en el canto.
  • Piramidales: Con canto variable. A veces no necesitan encofrado si el ángulo es menor de 30°, pero dificultan el vibrado.
  • Nervadas o aligeradas: Con nervios para reducir material. El Código Estructural las clasifica como rígidas o flexibles, independientemente de la rigidez del terreno. Una zapata se considera rígida si su canto (h) en el encuentro con el pilar es mayor o igual a un coeficiente (α) multiplicado por su vuelo (v), donde α depende de los módulos de elasticidad del terreno y de la zapata. Las zapatas flexibles suelen ser más económicas por requerir menor volumen de hormigón y acero.
Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma

¿Qué problemas pueden surgir con las zapatas de medianería y de esquina, y cómo se resuelven?

Las zapatas de medianería y de esquina se utilizan cuando los pilares se ubican cerca de los límites de la propiedad. El problema principal de estas zapatas es la excentricidad de la carga, que puede provocar un momento de vuelco y levantar la cimentación. Para contrarrestar este efecto, se pueden emplear varias soluciones:

  • Atar la cimentación al forjado o a la viga superior.
  • Utilizar un tirante que conecte la zapata con otro elemento estructural.
  • Implementar una viga centradora que una las zapatas de medianería o de esquina para redistribuir las cargas y presiones sobre el terreno de manera más uniforme.

¿Cuáles son las fases de ejecución de una zapata aislada?

La construcción de una zapata aislada sigue una serie de fases secuenciales:

  1. Limpieza y desbroce del solar.
  2. Comprobación de medidas y niveles.
  3. Replanteo del movimiento de tierras.
  4. Excavación hasta la cota superior del cimiento y luego la excavación de las zapatas y riostras.
  5. Vaciado de hormigón de limpieza (aproximadamente 10 cm).
  6. Encofrado de zapatas y riostras.
  7. Colocación de la armadura inferior con separadores.
  8. Disposición de la armadura de espera de pilares («enanos»).
  9. Armado de las riostras.
  10. Vertido, vibrado y curado del hormigón. Durante este proceso, se deben cumplir disposiciones como mantener la excavación por debajo de la rasante (0,5 a 0,8 m), evitar la caída libre del hormigón, y no circular sobre el hormigón fresco.

¿Qué son las zapatas combinadas, continuas bajo pilares y continuas bajo muro, y cuándo se utilizan?

  • Zapata combinada: Apoya dos o más columnas cuando las cargas no son excesivas. Se usa si las zapatas aisladas estarían muy cerca (complicando la excavación) o si se buscan asentamientos uniformes, actuando de forma rígida. Se busca que el centro de gravedad de la superficie coincida con el de las acciones.
  • Zapata continua bajo pilares (vigas de cimentación): Son zapatas corridas que soportan tres o más pilares. Tienen una gran longitud en comparación con su sección transversal. Son menos susceptibles a asentamientos diferenciales o vacíos en el terreno que las zapatas aisladas.
  • Zapata continua bajo muro (zapata corrida bajo muro): Caracterizadas por una gran longitud en relación con otras dimensiones, se utilizan como base para muros portantes o cimentación de elementos lineales. Su objetivo es lograr homogeneidad en los asentamientos y reducir las tensiones en el terreno en comparación con las zapatas aisladas, además de ofrecer mayor facilidad constructiva.

¿Cuál es la función de las riostras en las cimentaciones y cómo influye la sismicidad en su disposición?

Las riostras son vigas de hormigón armado que conectan las zapatas. Su función principal es evitar los movimientos relativos entre las zapatas (corrimientos) y absorber cargas horizontales, por lo que son fundamentales para la resistencia a los sismos. Es necesario realizar un atado perimetral de las zapatas. La densidad y la disposición de estas vigas de atado dependen directamente de la aceleración sísmica esperada en la zona.

  • Si la aceleración sísmica está entre 0,06 g y 0,16 g, el atado puede ser unidireccional.
  • Si la aceleración sísmica es igual o superior a 0,16 g, se requiere un atado bidireccional, lo que indica una mayor densidad de riostras para lograr una mayor estabilidad.

¿Cuándo se utilizan los emparrillados y las losas de cimentación, y cuáles son sus ventajas y consideraciones clave?

  • Los emparrillados de cimentación recogen múltiples pilares en una única cimentación formada por zapatas corridas que se entrecruzan en una malla (generalmente ortogonal), lo que proporciona gran rigidez. Se utilizan cuando la presión admisible del terreno es baja, hay una elevada deformabilidad o se esperan importantes asentamientos diferenciales. Son menos sensibles a las heterogeneidades o defectos locales del terreno.
  • Las losas de cimentación (o placas de cimentación) se usan cuando la superficie de las zapatas individuales superaría el 50 % de la superficie del edificio. Son ideales para sótanos estancos por debajo del nivel freático y para reducir los asentamientos diferenciales. Son útiles en terrenos con escasa capacidad portante y en construcciones con poca superficie en relación con su volumen (por ejemplo, rascacielos o silos). Aunque pueden triplicar el coste de las zapatas, ofrecen ventajas como una mayor rigidez y la posibilidad de realizar cimentaciones «compensadas», en las que el peso de la tierra excavada equilibra el peso del edificio y se reducen los asentamientos. Las losas postesadas ofrecen rapidez, menor excavación, mayor capacidad de carga y durabilidad. Una consideración importante es el riesgo de levantamiento del fondo de la excavación en losas grandes, por lo que se requieren pantallas laterales con suficiente empotramiento.
Figura 3. Algunos tipos de cimentaciones superficiales. Imagen elaborada a partir de: http://www.generadordeprecios.info/

 

 

Referencias:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Zapata continua bajo muro

Figura 1. Detalle de zapata corrida bajo muro. Imagen: V. Yepes

La zapata continua o corrida bajo muro presenta una gran longitud comparada con las otras dimensiones (ver Figuras 1 y 2). Suele usarse como base de muros portantes y cimentación de elementos lineales. Se busca la homogeneidad en los asientos y la reducción de las tensiones en el terreno frente a una solución por zapatas aisladas. Además, presenta una mayor facilidad constructiva.

Figura 2. Zapata corrida bajo muro

La cimentación superficial corrida para muros portantes, aunque puede ser de mampostería (Figura 43) o de hormigón en masa, u hoy en día se construyen de hormigón armado (Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado. En época calurosa se disponen juntas de hormigonado separadas 16 m si el clima es seco, y de 20 m si es húmedo. En época fría, dichas distancias serán de 20 y 24 m, respectivamente. No debe olvidarse nunca el llamado hormigón de limpieza, que tiene como objetivos evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido, así como una posible contaminación de este durante las primeras horas de su hormigonado. Suelen bastar unos 10 cm de este hormigón antes de empezar el ferrallado de la cimentación.

Figura 3. Zapata corrida de mampostería para muros portantes. Fuente: http://www.aguascalientes.gob.mx/

Os dejo a continuación un vídeo donde podréis ver el procedimiento constructivo de un muro de hormigón con su correspondiente zapata. Como curiosidad podéis ver que no se cumplen las medidas de seguridad en algunos casos, así como errores en la ejecución. Podéis hacer una lista.

Referencias:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La zapata aislada

Figura 1. Zapata aislada centrada. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos

En un artículo anterior se explicaba el concepto y las clasificaciones de las cimentaciones. Dentro de las cimentaciones superficiales se encuentran las zapatas, que va a ser el objeto de esta entrada.

Por cierto, el material de este artículo forma parte del curso que puedes seguir en línea, en el siguiente enlace: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/

Una zapata aislada es una cimentación puntual que recibe un solo sistema de carga, como son los pilares (ver Figura 1). Se emplea en terreno firme y competente, transmitiendo una tensión de media a alta y provocando asientos pequeños o moderados. Es la cimentación más económica sobre roca o suelos con tensiones admisibles habituales superiores a 0,15 N/mm2. Son cuadradas, aunque se usan rectangulares cuando existen luces diferentes en dos sentidos perpendiculares, los momentos flectores se dan en una sola dirección, los pilares son de sección rectangular, se levantan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación o en casos especiales de geometría difícil. En otros casos pueden ser de formas circulares o poligonales. Si existe una junta de dilatación, se dispone la zapata en diapasón, con dos soportes adosados.

Las zapatas aisladas se pueden clasificar atendiendo a su forma (Figura 2): rectas (de canto constante), escalonadas, piramidales y nervadas o aligeradas.

Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma

La norma de hormigón estructural EHE, en cambio, cataloga las zapatas en rígidas y flexibles (ver Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado.

Figura 3. Tipología estructural de zapatas atendiendo a la EHE

Pero para saber más de este tipo de cimentación superficial, aparte de remitirte al texto de referencia, he preparado un vídeo explicativo que creo que puede ser de interés. Espero que te guste.

Os dejo a continuación un vídeo de Marcelo Pardo explicando la construcción de las zapatas.

Os dejo otro vídeo de cómo se ejecuta una zapata, en este caso, con medios algo “artesanales”.

Otro vídeo que os puede interesar, en este caso, de Sergio Pena.

Referencias:

CALAVERA, J. (2015). Cálculo de estructuras de cimentación. 5ª edición. Intemac Ediciones, S.L. Madrid, 563 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Distribución de tensiones bajo una cimentación superficial

Figura 1. Distribución de la tensión transmitida al terreno

Las cimentaciones superficiales suelen ser las más utilizadas, especialmente en edificación, pues presentan un menor coste por carga soportada y una mayor facilidad de ejecución. Los esfuerzos, tanto los verticales, los horizontales, como los momentos, se transmiten en su totalidad al terreno a través de su base de contacto y origina en el terreno unas distribuciones que se consideran normalmente planas. No debe rebasarse la capacidad portante del terreno y las deformaciones producidas deben ser admisibles para la estructura. En la Figura 1 se puede ver cómo una excentricidad en la carga puede provocar zonas de despegue de tensiones en el apoyo de la zapata. En la Figura 2 se observa cómo cambia la distribución de presiones en función de tipo de suelo (cohesivo, granular o roca) y del tipo de zapata (rígida o flexible). Sin embargo, con cimentaciones corridas o aisladas y con los vuelos de zapata habituales, se acepta una distribución uniforme de presiones. Es importante la forma en que se transmiten los esfuerzos al terreno, puesto que la carga soportada por éste es mucho menor que la del elemento en contacto con él.

Figura 2. Distribución de tensiones en función de la naturaleza del suelo

Un aspecto de gran importancia es la presencia de agua, pues su agotamiento supone un incremento en coste y un aumento de plazo que puede hacer inviable una cimentación superficial. Por otra parte, el nivel freático no influirá en la capacidad portante del terreno si dicho nivel se encuentra por debajo de la superficie del cimiento a una profundidad mayor a 1,5 veces el ancho de la zapata.

A continuación os dejo un vídeo donde explico con más detalle lo que es una cimentación superficial y los tipos que existen. Espero que os sea de interés.

Os dejo también este vídeo (en inglés) explicativo:

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Concepto y clasificación de las cimentaciones

Figura 1. Cargas sobre un cimiento superficial (Yepes, 2016)

La cimentación de una estructura es aquello que la sustenta sobre el terreno. Generalmente, está enterrada y transmite al terreno su propio peso y las cargas recibidas, de modo que la estructura que soporta sea estable, la presión transmitida sea menor a la admisible y los asientos se encuentren limitados (ver Figura 1). La cimentación consta de dos partes, el elemento estructural encargado de transmitir las cargas al terreno, o cimiento, y la zona del terreno afectada por dichas cargas, o terreno de cimentación. La cimentación debe resistir las cargas y sujeta la estructura frente a acciones horizontales como el viento y el sismo, conservando su integridad. La interacción entre el suelo y la estructura depende de la naturaleza del propio suelo, de la forma y tamaño de la cimentación y de la flexibilidad de la estructura.

Por cierto, el material de este artículo forma parte del curso que puedes seguir en línea, en el siguiente enlace: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/

Las cimentaciones se diseñan para no alcanzar los estados límites últimos o de servicio. Los primeros llevan a la situación de ruina (estabilidad global, hundimiento, deslizamiento, vuelco o rotura del elemento estructural), mientras que los segundos limitan su capacidad funcional, estética, etc. (por ejemplo, movimientos excesivos). Se denomina capacidad portante a la máxima presión que transmite una cimentación sin alcanzar el estado último, mientras la presión admisible es aquella que no se alcanza en ningún estado límite, ya sea último o de servicio, presentando un coeficiente de seguridad respecto a la capacidad portante.

Otros problemas a considerar son la estabilidad de la excavación, los problemas de ataques químicos al hormigón, la posibilidad de heladas, el crecimiento de vegetación que deteriore la cimentación, los agrietamientos y levantamientos asociados a las arcillas expansivas, la disolución cárstica, la socavación, los movimientos del nivel freático, los daños producidos a construcciones existentes (Figura 2) o futuras, las vibraciones de maquinaria o los efectos sísmicos sobre el terreno, especialmente cuando existe posibilidad de licuación.

Los procedimientos constructivos influyen notablemente en el comportamiento de una cimentación. Hay que tener en cuenta que la construcción de la cimentación altera el terreno circundante, lo cual puede modificar algunas de las hipótesis de cálculo. A modo de ejemplo, los pilotes perforados descomprimen el terreno influyendo en la resistencia por fuste. La hinca de pilotes en limos y arenas sueltas saturadas aumenta la presión intersticial, lo que disminuye temporalmente la capacidad del pilote e incluso causar la licuación del terreno.

Figura 2. Descalce de una cimentación vecina durante la excavación. Imagen: E. Valiente

La cimentación puede clasificarse atendiendo a la profundidad a la que se realiza (ver Figura 3). Así, si llamamos D a la profundidad a la que se encuentra el contacto entre la cimentación y el terreno y B la dimensión menor de la cimentación, estas se pueden clasificar en:

  • Cimentación superficial o directa:

D/B < 4

D < 3 m

  • Cimentación semiprofunda o pozos:

4 ≤ D/B ≤ 8

3 m ≤ D ≤ 6 m

  • Cimentación profunda o pilotaje:

D/B > 8

D > 6 m

Figura 3. Clasificación de las cimentaciones en función de la profundidad de apoyo (Yepes, 2016)

Existen distintos tipos de cimentaciones superficiales, tal y como se aprecia en la Figura 4.

Figura 4. Algunos tipos de cimentaciones superficiales. Imagen elaborada a partir de: http://www.generadordeprecios.info/

En la Tabla 1 se ha asignado a cada cimiento directo el tipo de elemento estructural al que sirve de cimentación.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo donde se recoge todo lo anteriormente expuesto. Espero que os sea útil.

También podéis ver este vídeo de José Ramón Ruíz, de la UPV:

Os dejo también una presentación de Marcelo Pardo al respecto:

Referencias:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.