ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO, CIMENTACIONES, ZAPATAS, VIGAS DE CIMENTACION, PLATEAS DE CIMENTACION Y

MUROS DE SOSTENIMIENTO.

Los cimientos son la parte inferior de la edificación, destinada a soportarla y transmitir al terreno todas las cargas. Los cimientos pueden ser superficiales o profundos, dependiendo del tipo de edificación a construir, su peso y la profundidad a la que se encuentra el terreno firme y su espesor, determinado en el estudio de suelos.

7.1 Cimentaciones superficiales: Se recomiendan cuando a poca profundidad se ubica un suelo de cimentación con buena resistencia capaz de soportar la edificación proyectada. Pueden ser:

1. Cimientos en Concreto Ciclópeo: es una cimentación corrida o continua que se emplea en la construcción de casas en mampostería estructural y muros confinados. Los elementos constructivos son piedra media zanja de 30 cm de dimensión promedio y concreto simple de 140 Kg/cm2. Su ancho es de máximo 70 cm y un mínimo de 25 cm. Su unidad de medida es el metro cúbico.

Proceso constructivo:

A. Seleccionar:Materiales: Arena, cemento, triturado, agua, varillas de hierro, alambre, madera común, clavos.

Herramientas: Pala, palustre, manguera de nivel, hilo, plomada de punto, Flexómetro, martillo, maceta serrucho machete, lápiz, chuzo (pedazo de varilla de 5/8) para chuzar el concreto.

Equipo: Carretilla, baldes, manguera para agua, caneca de 55 galones.

B. Preparar sitio de trabajo:La excavación: Nivelando el fondo y limpiando las basuras

El lugar de preparación de la mezcla: Retirar los materiales orgánicos y vegetales, además colocando una capa de hormigón pobre o colocando una lámina de zinc para que al preparar la mezcla no se contamine con el material del suelo.

El camino de transporte de la mezcla: Si el transporte se realiza con carretilla se deben colocar tablas en el piso.

 C. Nivelar altura de cimentación a centro de zanja

D. Preparar concreto u hormigón en dosificación 1:2:3. El primer número es una parte de cemento, el segundo dos partes de arena y el tercero tres partes de triturado, medidos en volumen.

Medir arena según dosificación

Extender o regar la arena sobre la superficie de preparación.

Medir el cemento

Revolver arena y cemento hasta que la mezcla coja un color uniforme

Medir el triturado y regar el triturado encima de la mezcla de la arena y el cemento.

Abrir huecos en la mezcla y agregar agua lentamente.

Revolver hasta que quede una mezcla pastosa sin mucha agua y fácil de manejar.

E. Transportar la mezcla:

Esta puede ser transportada en carreta cuidando que no se mueva mucho para que no se produzca segregación; también puede ser transportada en tarros teniendo el mismo cuidado.

F. Fundir base de concreto pobre

Se inicia colocando una capa de concreto de unos 5 a10 cm para que las piedras no queden asentadas directamente en la tierra. La superficie de esta base debe alcanzar la cota inferior de la cimentación indicada en los planos. Esta base de concreto simple será en concreto pobre de 70 KG / cm2 y su unidad de medida es el metro cúbico.

G. Colocar la primera capa de piedra

En esta capa se dejan las piedras separadas entre ellas 5 cm para que penetre el hormigón entre ellas. Es de aclarar que antes de colocar las piedras, éstas deben humedecerse y limpiarse.

H. Colocación capa de concreto y las otras capas de piedra: Sobre la primera capa de piedra, se funde una capa de hormigón de 10 cm y se va chuzando con un pedazo de varilla de 5/8 o una barra; luego se repite este proceso de colocar piedra y hormigón para llenar hasta donde se haya fijado el nivel de enrase o llenado de la cimentación

I. Nivelar corona de cimiento

La parte superior del cimiento se llama corona y se nivela colocando un hilo entre los puntos que se dejaron después de pasar nivel con la manguera. Se asienta con un palustre sin pasarse del hilo, los puntos deben dejarse en el centro de la zanja para que

sirvan para marcar los de ejes. Al cimbrar el hilo después de que el hormigón haya fraguado un poco, queda marcado el eje sobre el hormigón de la cimentación

J. Finalmente, después de tener el ciclópeo vaciado, se procede a construir sobre éste la viga de cimentación.

 2. Zapatas en concreto armado: Suelen ser de planta cuadrada y rectangular. Su unidad de medida es el metro cúbico. Sus elementos constructivos son concreto de 210 Kg/cm (3000 PSI) y varilla en hierro de 60000 PSI Pueden ser:

Zapatas aisladas: son las cimentaciones poco profundas más económicas, pero también las más susceptibles a los asentamientos diferenciales. Casi siempre soportan cargas concentradas aisladas, como las que descargan las columnas y machones. Generalmente, las zapatas aisladas son de planta cuadrada y en la proximidad de los linderos del lote, suelen hacerse rectangular. La superficie de apoyo de una zapata aislada, se obtiene dividiendo la carga que debe transmitir sobre la capacidad portante admisible del suelo, teniendo en cuenta el propio peso de la cimentación. Por ejemplo, una carga total de 400 KN sobre una arcilla que sea capaz de soportar 200 KN/ m2, necesitará de una zapata de 2 m2 de superficie. Las zapatas aisladas es una solución de cimentación satisfactoria mientras que no se junten demasiado una zapata de la otra; de presentarse esta situación se sugiere utilizar zapatas combinadas o corridas.

Zapatas corridas: se diseñan para redistribuir las concentraciones de esfuerzos de apoyo y los asentamientos diferenciales asociados, en el caso de condiciones de apoyo variables o pérdida de terreno localizada bajo las zapatas. Se utilizan como cimiento de muros de carga, muros de contención por gravedad, muros de cerca y cerramientos de elevado peso.

Proceso constructivo:

- Excavación manual hasta el suelo de cimentación.

- Base de concreto pobre: una vez hecha la excavación hasta el suelo de cimentación, se debe colocar una capa de concreto de limpieza de 5 cm de espesor, cuya superficie debe alcanzar la cota inferior de la cimentación indicada en los planos. Esta base de concreto simple será en concreto pobre de 70 KG / cm2 y su unidad de medida es el metro cúbico.

- Luego, se arman los testeros de formaleta correspondientes a las caras laterales de las zapatas; estos testeros pueden ser de madera o metálicos y deben ser aceitados previamente para facilitar el desencofrado una vez se hayan fundido las zapatas en concreto.

- Posteriormente, se procede a colocar los refuerzos de la zapata y los arranques de columna de acuerdo con los planos de cimentación con los debidos traslapos mostrados en los planos estructurales; los hierros se amarran con alambre.

- Finalmente, se hace el vaciado del concreto.

- Fundidas las zapatas de la cimentación se procede a armar y fundir las vigas de cimentación que articulan las zapatas.

3. Vigas de cimentación o vigas de amarre: Son las vigas que enlazan las columnas a nivel de cimentación. En el caso de cimentación en concreto ciclópeo o zapatas continuas, las vigas se ubican sobre el cimiento. En el caso de zapatas aisladas o dados de cimentación de pilotes, las vigas cumplen una función de articular estos elementos a nivel de cimentación. Se construyen en concreto de 3000 PSI (210 Kg/cms2) y se refuerzan con el hierro indicado en los planos estructurales de cimentación. Su unidad de medida es el metro cúbico.

Proceso constructivo:

1. Interpretar el plano estructural

En éste se puede ver: dimensiones, localización de armadura y sus diámetros, distancias y flejes.

También figuran en el plano los anclajes entre vigas, así como los anclajes para los cimientos y las columnas.

2. Medir, cortar y figurar el hierro.

Teniendo como base las especificaciones que dan los planos estructurales proceda a medir y cortar el hierro principal para la viga, el de los flejes, y el de las columnas.

Para la viga de la figura se requieren 4 varillas de 3/8 como refuerzo principal y varilla de ¼ para estribos o flejes.

3. La figuración de los estribos se realiza teniendo en cuenta el recubrimiento del hierro con hormigón. En el caso de una viga de 15 cm de ancho por 20 cm de alto, se debe hacer el estribo dejando 2.5 cm para recubrimiento a cada lado, lo que hace que el estribo quede de 10 cm de ancho por 15 cm de alto y un gancho interno de 8 cm para que se ancle en el hormigón. Por lo tanto se debe cortar la varilla para este estribo de una longitud igual a:

15+10+15+10+8+8= 66 cm

4. Armar la canasta para la viga y la columna.

Se preparan hilos de alambre dulce # 18 en longitudes de 20 cm y con el bichiroque o gancho para amarrar se procede a armar la canasta teniendo en cuenta que los estribos van más juntos a los extremos de la viga, cerca de las columnas, por lo tanto allí se colocan a 10 cm y en los centros a 20 cm.

5. Trasladar y emplazar la canasta

Se lleva la canasta y se coloca sobre el cimiento (concreto ciclópeo, zapata o dado de pilotes); y se realiza los empalmes o traslapes necesarios con el cimiento de acuerdo con las especificaciones..

6. Colocar arranques de columnas: Los arranques de columnas se anclan o amarran después de colocada la canasta de la viga de cimentación.

7. Armar y colocar formaleta o encofrados de madera.

Se untan con aceite quemado o con parafina con acpm los testeros de la formaleta para que el hormigón no se pegue del encofrado.

Se procede a localizar la formaleta teniendo como guía los ejes de la viga, se colocan a plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte superior para que el ancho de la viga se mantenga uniforme

8. Clavar y arriostrar el encofrado:

Es necesario colocar, como se muestra en el dibujo, riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el empuje lateral del hormigón durante al vaciarlo.

La canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del fondo y completamente embebida en el hormigón. Se marcan los niveles, estableciendo la altura de la viga y se fijan unos clavos para enrasar la corona del cimiento

9. Fundida de la viga: Se procede a fundir la viga para lo cual se utiliza un concreto de 3000 PSI. Durante el vaciado se debe chuzar el hormigón con una varilla de 1/2 o 5/8 de pulgada y vibrar con una maceta de caucho mediante golpes suaves sobre la formaleta, o vibrar con vibrador mecánico sin excederse para no causar disgregación de los materiales.

10. Nivelar corona de la viga

Colocando un hilo entre los clavos de nivelación y con la ayuda del palustre se procede a emparejar el concreto u hormigón hasta el tope que marca el hilo para que así quede nivelada la corona.

11. Desencofrado y curado

Después de pasadas 12 horas, o al día siguiente de fundida la viga de cimentación se procede a desencofrarla, quitando con mucho cuidado la formaleta y luego rociando con agua la viga por 7 días consecutivos, como mínimo, según lo establece la norma NSR-98

También, las vigas de cimentación pueden trabajar como cimientos de muros en mampostería y muros de contención. Su unidad de medida es el metro cúbico.

 

Proceso de construcción: se realiza siguiendo los mismos pasos que se dieron para la construcción de viga de cimentación sobre cimiento (concreto ciclópeo, zapatas o dados de pilotes). Adicional a estos pasos, se debe tener en cuenta:

Que se realiza directamente sobre la excavación, sin encofrado y sobre un concreto pobre de limpieza de 5 a 10 cm.

Así mismo que sobre el cimiento en viga se debe colocar un sobre cimiento en ladrillo, el cual debe ser impermeabilizado para evitar filtraciones de agua en el muro de mampostería. El proceso constructivo de los sobre cimientos es igual al de mampostería que se analizará en la lección 11. Su unidad de medida puede ser metro cuadrado o metro lineal.

4. Losas de cimentación: Consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendido a una superficie tal que, tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola sobre el área de la placa no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. Para edificios pequeños el espesor de losa puede estar comprendido entre 15 y 22.5 cm y para edificios algo mayores se usan espesores de loza comprendidos entre 22.5 y 37.5 cm. En edificios grandes, la losa suele dotarse de unos nervios que unen los pies de las columnas o bien recorren el fondo de los muros; estos nervios, por razones obvias de utilización del edificio, se disponen en la parte inferior de la losa. Su unidad de medida es el metro cuadrado.

 

5. Placa flotante: se utiliza cuando los terrenos son muy malos y no hay necesidad de colocar pilotes o el terreno firme está a demasiada profundidad y no justifica el costo. Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio bastante, puede suceder que el lote de que se dispone no tenga un área suficiente para albergar una losa de cimentación que distribuya la carga; en tal caso, se sugiere construir un cimiento que, a la manera de un barco, flote sobre el suelo. Si el suelo

excavado tiene un peso aproximado al del edificio que se le dispone encima, se comprende que el incremento de presión sufrido en el plano de cimentación sea casi nulo. Se debe recordar que cuanto mayor es la profundidad, el suelo que allí se encuentra está más comprimido y por lo tanto mayor es su capacidad portante. Su unidad de medida es el metro cuadrado.

Proceso constructivo:

El proceso constructivo de losas de cimentación y placa flotante es similar al proceso constructivo de losas de entrepiso, el cual se tratará en lección 10: Estructuras.

7.2 Cimentaciones Profundas:

1. Pilotes: Son cimientos aislados que su forma es prismática, con base de polígonos, regulares y circulo, está compuesto de cabeza, cuerpo y punta. Se usan en terrenos de baja capacidad portante (mala resistencia del terreno a la comprensión) en donde el suelo firme está a gran profundidad; pueden trabajar por fricción o apoyo de punta; pueden ser en concreto o madera; y pueden ser prefabricados o elaborados en sitio. Su unidad de medida es el metro lineal

Se denomina pilotes de fricción, a los que obtienen su capacidad de carga principalmente por la fricción de sus superficies con el suelo. Por su parte, en los que predomina la acción de soporte en la punta del pilote, se denomina pilotes de punta; estos, se utilizan principalmente, cuando el estrato portante se encuentra a gran profundidad.

Los pilotes elaborados en sitio, son en concreto reforzado. Inicialmente se hace la perforación y se hinca una malla en hierro de forma cilíndrica a la cual se añade concreto para cumplir con los requerimientos de diseño.

 

Cabezal de un pilote fundido en sitio Perforación pilote fundido en sitio.

Los pilotes prefabricados pueden ser en concreto o en madera. Los pilotes de concreto prefabricados pueden ser reforzados o pre-esforzados. Se pueden prefabricar en toda su longitud o pueden consistir en secciones que se empalman en campo antes o durante el hincado. Los pilotes en madera se pueden clasificar de acuerdo al tipo de madera: madera blanda y madera dura; generalmente, este tipo de pilote se utiliza para estabilizar el suelo de forma tal que se pueda utilizar una cimentación superficial: losa de cimentación o placa flotante.

Pilotes prefabricados en planta y colocados en el sitio.  

Los pilotes se usan:

Cuando la carga transmitida por el edificio no puede ser distribuida suficientemente a través de una cimentación superficial, dado que en la solución posible se excede la capacidad portante del suelo.

Cuando aunque la capacidad portante del suelo permita la implementación de una cimentación superficial, los asentamientos sean mayores que los permisibles.

Cuando el terreno es susceptible de sufrir hinchamientos y retracciones.

En edificaciones sobre agua.

Cuando sea necesario resistir cargas inclinadas. Tal es el caso de los pilotes inclinados que se disponen en los cimientos de un muro de contención y en los de un muelle para resistir el impacto de ataque de los barcos.

Para reforzamiento de cimentaciones superficiales existentes.

Proceso constructivo:

- Pilotes fundidos en sitio: Se construyen en el lugar como el nombre lo indica por medio de perforadoras hidráulicas que ejercen una fuerza adicional al peso mismo del mástil sobre el terreno. Normalmente utilizan herramientas (brocas, botes, etc.) con puntas de tungsteno para la perforación aunque también existen aquellos con puntas de diamante. La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar la perforación que ocupará el pilote, la cual se mantiene rellena con una mezcla de agua y bentonita cuando existe nivel freático como forma de evitar el desmoronamiento de las paredes o también se puede recurrir al empleo de camisas (ademes) de acero recuperables o perdidas dependiendo de las características del terreno a perforar.

Una vez teniendo lista la perforación hecha al terreno, se hace el colocado del acero de refuerzo previamente armado. Para finalizar se procede al colado de hormigón por lo regular con una resistencia de f'c = 250 kg/cm2. El sistema más frecuente es el tremie que consiste en colar poco a poco el hormigón en la perforación por medio de un tipo trompa de elefante y logrando que el mismo peso específico del hormigón evacue las impurezas propias del fondo de la perforación realizada. Este procedimiento debe ser continuo con el fin de evitar que el hormigón fragüe y por ende se generen fracturas o juntas frías que reducirían la capacidad de carga de la pila.

Finalmente, cuando se ha fundido el pilote, a éste le sobresale un cabezal el cual debe demolerse. Luego, sobre la superficie superior del pilote se arma y funde un dado en concreto reforzado (una especie de zapata en forma de cubo), sobre el cual se apoyará la columna; por ende se deben dejar los arranques de los hierros de ésta antes de fundir el dado. Los dados de todos los pilotes de la cimentación, se deben articular entre ellos, a través de una viga de amarre.

- Pilotes de madera hincados: se hincan en el terreno mediante una máquina llamada pilotera o pilotadora. Ésta tiene un martinete que los golpea hasta que se llega a la profundidad especificada en el proyecto.

- Pilotes de concreto hincados en sitio: Se realizan mediante una pilotera o pilotadora que sostiene un caño de acero, en cuyo interior se dispone la armadura, que inicialmente se apoya en la superficie del terreno y que se va hincando mediante golpes de martinete aplicados a una mezcla de hormigón seco que se va vertiendo en el interior. Esto hace que el conjunto descienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hasta que se produce lo que se denomina rechazo. En este punto, la pilotera saca el tubo metálico tirando de él, a la vez que aplica golpes a la mezcla para que el pilote recién construido se mantenga en el lugar.

 

Hincado de pilote

 

El rechazo indica que se ha llegado a un estrato con capacidad de soporte adecuada. Lo mismo es aplicable para los pilotes hincados dado que, de seguir golpeándolos, se romperían.

2. Caissons: cimentación profunda, también conocida como "pozo de cimentación". Se utiliza cuando los suelos superficiales, por ser blandos no son adecuados a cimentaciones superficiales. Son frecuentemente utilizados para cimentar pilares de puentes en el cauce de los ríos cuando no es posible o no es conveniente crear un desvío parcial o total del río. Su unidad de medida es el metro cúbico.

 

 

Proceso constructivo: Para la construcción de caisson se presentan tres procesos constructivos:

- El primero consiste en excavar hasta el nivel de cimentación y luego construir una pila dentro de dicha excavación. Cuando la excavación se realiza bajo el agua, el forro de la excavación se denomina ataguía. Los pasos a seguir son los siguientes:

a) Hincado de tablestacas

b) Apuntalamiento interior de las caras que se encuentran en seco

c) Descenso del nivel de agua y apuntalamiento de la zona

e) figurada del hierro y vaciado del concreto

- El segundo método consiste en hincar cajones, cajas o cilindros hasta la profundidad deseada y luego el material interior es extraído por excavación o dragado. El procedimiento es el siguiente:

a) Construcción del cajón.

b) El hincado se lleva a cabo sacando material del interior de ellos, lo que produce que el cajón comience a penetrar en el suelo gracias a su propio peso.

c) Una vez alcanzada la profundidad final, se introduce el refuerzo y el fondo de la excavación se llena con concreto por medio de un tubo trompa de elefante.

- El último método consiste en excavar las pilas con máquinas perforadoras provistas con barrenos. Estas excavan hasta lugares donde el suelo lo permita sin derrumbarse. Una vez se llega a suelos de esta clase, se utilizan lodos bentoníticos para llenar la excavación y permitir continuar con la misma. Cuando se alcanza la profundidad necesaria o se llega a un estrato cohesivo, se detiene la excavación y se inserta un

tubo llamado camisa (o ademe). Este tubo permite seguir excavando y evitar que el suelo se derrumbe dentro de la excavación. Por último se introduce el refuerzo y se funde el concreto recordando retirar la camisa.

7.3 Muros de contención: Existen otras estructuras a nivel de cimentación que se encargan de soportar las cargas horizontales del empuje de tierra de los lotes vecinos a la edificación. Estas estructuras se denominan muros de contención y se construyen a nivel de sótano y semisótano.

Estos muros, deben incluir un sistema de drenaje adecuado que impida el desarrollo de empujes superiores a los de diseño por efecto de presión del agua. Para ello, los muros de contención deberán siempre dotarse de un filtro colocado atrás del muro con lloraderos y/o tubos perforados. Este dispositivo deberá diseñarse para evitar el arrastre de materiales provenientes del relleno y para garantizar una conducción eficiente del agua infiltrada, sin generación de presiones de agua significativas.

 

 

 

Los muros de contención pueden ser:

Muros de contención en concreto ciclópeo: Su unidad de medida es el metro cúbico.

 

Proceso constructivo:

Los muros de contención se fundirán de conformidad con los planos de detalle y los planos de cimentación.

El vaciado se ejecutará colocando primero el concreto simple y luego, agregando la piedra en hiladas sucesivas teniendo en cuenta que entre las piedras no haya contacto lateral.

Las piedras deben humedecerse y limpiarse antes de ser colocadas; éstas deberán ser de grano fino, preferiblemente de canto rodado; deben rechazarse las piedras areniscas flojas o que presenten planos muy definidos de exfoliación.

Se empleará un 60% de concreto de 2500 PSI y un 40% de piedra media zanja.

Muros de contención en concreto reforzado: se construyen en concreto y acero de acuerdo a las especificaciones contenidas en los planos estructurales. Su unidad de medida es el metro cúbico.

 

Muro de contención en ladrillo: Se usa para nivelar una pendiente inclinada o cercar una zona para hacer un jardín ornamental. Su unidad de medida es el metro cuadrado.

Proceso constructivo: El proceso constructivo de los muros de contención en ladrillo se analizará en la lección 11: Mampostería.