Figura 1. Tipos de losa de cimentación, según CTE DB SE-C. Fuente: http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd314-2006.nor7.html
Las losas o placas de cimentación se caracterizan porque la dimensión en planta es mucho mayor que el canto. Se utiliza cuando la superficie de las zapatas supera el 50% de la superficie de la planta. Se aconsejan con sótanos estancos cuya cota inferior se sitúe por debajo del nivel freático, así como para reducir los asientos diferenciales. También son útiles cuando la capacidad portante del terreno es escasa y en construcciones donde la superficie es pequeña en relación al volumen, tales como rascacielos, depósitos o silos. En la Figura 1 se pueden ver distintos tipos de losas de cimentación. En la Figura 2 se comprueba cómo se integra la losa de cimentación con el soporte de la grúa que va a trabajar en la construcción del edificio.
Figura 2. Detalle del armado de una losa de cimentación. Imagen: E. Valiente
En la Figura 3 se ve cómo son necesarias varias bombas de hormigón cuando se quiere hormigonar una losa de grandes dimensiones. A este respecto, se debe prever una adecuada logística y equipos de reposición para garantizar el vertido continuo al efecto de minimizar el número de juntas de trabajo.
Figura 3. Hormigonado de una losa de cimentación. Fuente: edificio7000.obrasonline.com
Un caso interesante es la losa de cimentación postesada. La rigidez de este tipo de losas permite una construcción rápida y segura, recomendándose su uso en superficies planas sin suelo expansivo. Como ventajas destacan la rapidez en la ejecución de los cimientos, el menor volumen de excavación, la mayor capacidad de carga, y una durabilidad mayor que la losa solida convencional. Los cables postensados colocados en ambas direcciones de la losa crean una cimentación extremadamente rígida y la habilitan para resistir las fuerzas de flexión.
Os paso a continuación un vídeo del blog de Enrique Alario donde se describe en detalle y se comenta un hormigonado masivo de una losa de cimentación.
Figura 1. Colocación de armadura en zapata. Imagen: V. Yepes
El tipo de cimentación se selecciona en función el tipo de terreno, del tipo de estructura y de la interacción con los edificios próximos. El terreno influye por su capacidad portante, por su deformabilidad, por la existencia de nivel freático, por su excavabilidad o alterabilidad, entre otros. En el tipo de estructura son determinantes las cargas, las tolerancias a los asientos y la presencia de sótanos. Son muy susceptibles aquellos edificios cercanos antiguos con cimentación somera o cuando las cargas van a ser muy diferentes entre los edificios próximos.
La cimentación por zapatas constituye la solución tradicional por economía y facilidad de ejecución. Es una buena solución cuando la resistencia del terreno es de media a alta, sin estratos blandos interpuestos. Es la cimentación ideal si el terreno presenta una cohesión suficiente para mantener verticales las excavaciones, no existe afluencia de agua y el nivel de apoyo se encuentra a menos de 1,5 m, si bien se puede rellenar la diferencia con un hormigón pobre en el caso de mayores profundidades. En edificios ligeros y muros de carga se utilizaban zapatas de hormigón en masa, si bien hoy día se realizan con hormigón armado. Cada pilar asienta de forma independiente sobre cada zapata. Como inconveniente cabe citar la escasa resistencia a giros y a desplazamientos horizontales, que pueden resolverse con riostras, zapatas combinadas o vigas de cimentación.
Figura 2. Desencofrado de zapata. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)
La cimentación por losa se utiliza en terrenos menos resistentes o heterogéneos, especialmente para tensiones admisibles menores a 0,15 N/mm2. Es económica si la superficie de la cimentación supera la mitad de la extensión que ocupa el edificio. Una ventaja adicional es que anula o reduce los asientos diferenciales. Asimismo se aconseja cuando el edificio presenta un sótano bajo el nivel freático, combinado con muros pantalla. La facilidad constructiva sugiere losas de canto constante, salvo en edificios con zonas cargadas de forma diferente para garantizar la compatibilidad de las deformaciones.
Figura 3. Hormigonado de una losa de cimentación. Fuente: edificio7000.obrasonline.com
Se recurre a la cimentación por pilotaje cuando no existe firme a una profundidad alcanzable mediante zapatas o pozos, normalmente más de 5 m. Los pilotes reducen los asientos de la estructura, cuando la permeabilidad u otras condiciones del terreno impiden la ejecución de cimentaciones superficiales, existen cargas muy fuertes o concentradas o bien se pretende evitar la influencia sobre cimentaciones adyacentes.
Figura 4. Sistema Omega de ejecución de pilotes. Imagen: W. Van Impe (http://scon.persianblog.ir/post/121/)
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.
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:
