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Doctorado: El Requisito Básico de Seguridad Estructural en la Ley Orgánica de la Edificación: Código Técnico de la Edificación

Documento básico SE-CSeguridad estructural

Cimientos

Tema 3: Cimentaciones directas

José Luis de Justo Alpañés Juan Diego Bauzá CastellóCatedrático de Universidad Profesor Asociado

Departamento de Mecánica de Medios ContinuosUniversidad de Sevilla


INTRODUCCIÓNEl cimiento es la parte de una estructura que transmite las cargas al terreno: con objeto de repartir las cargas, su superficie de apoyo, suele ser mayor que la sección de los pilares o muros. Su proyecto es un procedimiento de aproximaciones sucesivas: se comienza por tantear una cimentación superficial, partiendo de una tabla de presiones admisibles, y si no es admisible se cambian las dimensiones o se pasa a otros tipos.

Generalmente son de hormigón en masa o armado

Los cálculos son aproximados y muchas veces empíricos: hay que ser prudentes y coherentes al aplicarlos

Son estructuras enterradas que quedan ocultas. Hay que tener en cuenta:

La agresividad del agua y el terrenoLa fisuración, que provoca deterioro


PROFUNDIDAD DE APOYOEn la determinación de la profundidad de apoyo de la cimentación intervienen varios factores:

La relación entre las cargas y la presión de hundimientoProfundidad suficiente, en especial para situar la cimentación por debajo de la zona sometida a variaciones de humedad, que es lo que se conoce con el nombre de "capa activa“Cercanía de estructuras colindantes, límites de propiedad, futuras construcciones, etc. a los que se pueda influir durante o tras la construcciónPresencia de un nivel freático que genere necesidad de drenaje, impermeabilización, subpresiones, etc.Profundidad de heladaOtros defectos subterráneos, como cavidades, minas o instalaciones urbanas afectan la situación y la profundidad de la cimentación


TIPOS DE CIMENTACIONESLas cimentaciones pueden clasificarse como:

Superficiales: 0,25 < D/B < 1Semiprofundas: 1 < D/B < 5Profundas: D/B > 5

También se habla de cimentaciones directas (SE-C),

dado que a veces se emplean en profundidad (sótanos):Una cimentación directa es aquella que reparte las cargas de la estructura sobre un plano de apoyo horizontalSe emplean para trasmitir al terreno las cargas de uno o varios pilares de la estructura, de los muros de carga o de contención de tierras.En principio el coste mínimo corresponde a la cimentación por zapatas, a continuación vienen las losas y la cimentación más cara suele ser la cimentación profundaNo obstante a veces se realizan losas en vez de zapatas por razones constructivas.

B

D


CIMENTACIONES DIRECTAS (SE-C)TIPOS DE CIMENTACIONES DIRECTAS:

En función del número y tipo de los elementos que le transmiten la carga, están los siguientes tipos de cimentaciones directas:

Cuando la superficie de las zapatas supera el 50% de la planta del edificio suele ser conveniente ir a una losa de cimentación.


CIMENTACIONES DIRECTAS (SE-C)TIPOS DE CIMENTACIONES DIRECTAS:


VIGA DE CIMENTACIÓN (ZAPATA CORRIDA)ZAPATA AISLADA

ZAPATA COMBINADA

CONJUNTO DE ZAPATAS CENTRAL-

ESQUINA-MEDIANERA


LOSA DE CIMENTACIÓN

EMPARRILLADO


ZAPATAS AISLADAS (SE-C)Cuando el terreno es competente, se pueda cimentar con una presión media-alta y se esperen asientos pequeños o moderados, la cimentación normal de los pilares de un edificio estará basada en zapatas individuales o aisladas

Las zapatas son unos ensanchamientos de la estructura en su contacto con el terreno para repartir las cargas sobre ésteSuelen ser de planta cuadrada, por su facilidad constructiva y por la sencillez de funcionamientoPueden tener otras formas (rectangulares) cuando:

• Existen momentos flectores en una dirección• Los pilares son de sección rectangular• Se apoyan dos pilares contiguos en una junta de dilatación• Casos de difícil geometría que no permiten simetría (medianera)

Las zapatas de medianería suelen ser rectangulares y las de esquina de planta cuadrada


ZAPATAS AISLADAS (SE-C)Las zapatas aisladas se pueden unir mediante vigas para:

Evitar desplazamientos lateralesRealizar el atado prescrito en la NCSE si ac > 0,16 gResistir momentos o redistribuir cargas y presiones sobre el terreno

En las vigas de atado hay que tener en cuenta:No se suelen hormigonar contra el terreno para mantener aceptables los esfuerzos sobre la vigaNo apoyar directamente en terrenos expansivos o colapsables


PREDIMENSIONAMIENTO DE ZAPATASValores orientativos de presión admisible (Tabla D.25) para predimensionamiento (Código Técnico de la Edificación):


ZAPATAS COMBINADAS Y CORRIDAS (SE-C)

Cuando el dimensionado de los cimientos da lugar a zapatas aisladas muy cercanas, incluso solapadas, se recurre a la unión de varias zapatas en una sola:

ZAPATA COMBINADA cuando recoge dos o más pilaresZAPATA CORRIDA cuando recoge tres o más alineados

Esto ocurre:En terrenos de baja resistenciaPara evitar movimientos o asientos diferenciales entre varios pilaresSi en la base de pilar se producen momentos flectores importantes, ya que en conjunto pueden centrar la carga

La forma habitual en planta de las zapatas combinadas será la rectangular

Pueden tener canto variable o constante

Un caso particular de zapata corrida es la empleada para cimentar muros


POZOS DE CIMENTACIÓN (SE-C)Se realizan pozos de cimentación cuando:

El nivel de terreno resistente está algo profundo (3 a 6 metros)Se quiere contar con una sobrecarga para aumentar la resistenciaSe quiere alejar el plano de apoyo de la superficie (expansividad)

Los pozos más habituales en edificación son de dos tipos:Relleno de la excavación desde la cota de apoyo con hormigón pobre, situando la zapata encima. Si el suelo es expansivo puede ser necesario unir el hormigón pobre con el armado, mediante armaduras.Bajar la cota de zapata, elevando a continuación un plinto de gran rigidez con el fin de evitar problemas de pandeo

Al comprobarlos hay que incluir su peso propio


COMPROBACIONES (SE-C)Las comprobaciones para verificar una cimentación superficial se basan en el método de los estados límite

ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOSHundimientoDeslizamientoVuelcoEstabilidad globalCapacidad estructural del cimiento

ESTADOS LÍMITE DE SERVICIOLas tensiones transmitidas por las cimentaciones dan lugar a deformaciones del terreno que se traducen en asientos, desplazamientos horizontales y giros de la estructuraSe debe verificar que:

• Los movimientos son admisibles para el edificio a construir• Los movimientos inducidos no afectan a los edificios colindantes

Las limitaciones de movimiento dependen del tipo de edificio


COMPROBACIONES (SE-C)ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOS:


COMPROBACIONES (SE-C)ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO:


COMPROBACIONES (SE-C)ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOS

HUNDIMIENTO: Valor de cálculo de la resistencia del terreno:• Rd = RK/γR

• siendo RK el valor característico de la presión de hundimiento• γR el coeficiente parcial de resistencia

DESLIZAMIENTO: El cociente entre la resistencia al corte en el contacto terreno zapata y la carga horizontal actuante no debe ser inferior al coeficiente de seguridad prescritoVUELCO: Se produce en cimentaciones poco cargadas con pequeño ancho equivalente cuando el movimiento predominante sea el giro

• Debe comprobarse el coeficiente de seguridad al vuelco• En general no se considera la colaboración del empuje pasivo

ESTABILIDAD GLOBAL: Cuando se forma una superficie de rotura continua que engloba una parte o toda la cimentación

• Típico en cimientos próximos a la coronación de taludes, o en medias laderas de estabilidad natural precaria

CAPACIDAD ESTRUCTURAL: Cuando los efectos de las acciones en los elementos estructurales superan su capacidad resistente


CAPACIDAD ESTRUCTURALACCIONES:

No se tiene en cuenta el peso del cimiento (es neutralizado por una presión igual y contraria en la base)La distribución de tensiones bajo una zapata corrida depende de la rigidez de la zapata respecto al suelo:

• En general, las zapatas son rígidas respecto del terreno y la reacción se supone uniforme

• Si hay momentos, se puede suponer lineal• Hay que intentar que sólo trasmita compresiones• Esta simplificación no es correcta en cimentaciones continuas

(“vigas flotantes” en las que la zapata puede no ser rígida y se calcula con el modelo de Winkler para cimentación flexible)


CAPACIDAD ESTRUCTURAL (SE-C)

RIGIDEZ:Desde el punto de vista estructural las zapatas se consideran:

• Rígidas cuando el vuelo v, en la dirección principal de mayor vuelo, sea menor o igual que dos veces el canto h

• Flexibles en caso contrario

Las condiciones para que realmente sea rígida respecto a la reacción del terreno se suelen cumplir con valores v/h < 3,5

Zapata rígida

Zapata flexible


CAPACIDAD ESTRUCTURALPREDIMENSIONAMIENTO DE ZAPATAS CORRIDAS:

Para v/h ≤ 0,5 y carga centrada, se pueden emplear zapatas de hormigón en masa (> 20 MPa), salvo en el caso de roca, en que se tienen que disponer armadurasEn general, la zapata corrida mas económica es la de menor canto posible, es decir la de la máxima cuantía de aceroEl canto mínimo es de 25 cm para zapatas de hormigón armadoLa condición crítica viene dada por la resistencia a cortante

El cálculo de la armadura transversal principal:Si v/h < 2, se emplea el método de las bielasSi v/h ≥ 2, se calcula a flexión, como una viga ménsulaEn dirección longitudinal se disponen armaduras de reparto equivalente, aproximadamente, a un 20 % de las transversales

En general también se deben hacer las comprobaciones de resistencia a cortante, punzonamiento y fisuración


OTRAS COMPROBACIONES (SE-C)Hay que considerar la posible aparición durante la vida útil de:

• Cambios de volumen debidos a modificaciones en estado de humedadde terrenos arcillosos potencialmente expansivos o colapsables(incluyendo rellenos mal compactados).

• Fenómenos de disolución kárstica• Socavación en los cauces y orillas de los ríos• Erosión interna por rotura de colectores o conducciones de agua• Deterioro de los hormigones por agresividad del terreno o agua• Oscilaciones del nivel del agua que den lugar a cambios en las

tensiones efectivas o a alteren la resistencia del sueloTambién hay que considerar los riesgos de:

• Problemas de impermeabilización en sótanos y soleras• Posibles excavaciones futuras junto a la cimentación a realizar• Efectos sísmicos sobre el terreno de cimentación (licuefacción)


CONSTRUCCIÓNFASES:

Desbroce, replanteo y marcado del perímetro de las zapatas y vigasExcavación hasta la cota de apoyo según el estudio geotécnicoNo se excavarán los últimos 15-20 cm del canto de la zapata si no se va a verter inmediatamente el hormigón de limpiezaRefinado de paredes y del fondo hasta la cota del firmeVerter el hormigón de limpieza o regularización (>10 cm)Disposición de las armaduras sobre calzos que aseguren el recubrimiento (>10 cm) y la horizontalidad de las armadurasFijar a la parrilla los enanos de arranque del pilarColocación y fijado de las armaduras de las vigasVertido del hormigon por tongadas:

• En caso de prever junta de hormigonado en la viga de riostra o de atado será vertical y estará dispuesta en el centro de esta

Curado a base de riegos, 3 veces diarias durante la primera semana

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