4. EL TERRENO Y LAS CIMENTACIONES EN LAS EDIFICACIONES

Sumario: 1. Mecánica del suelo. Hipótesis de estabilidad. Clasificación de terrenos: Rocas. Terrenos sin cohesión. Terrenos coherentes. Terrenos deficientes. Capacidad portante del terreno. 2. Estructuras de transmisión de carga al terreno. Clasificación de cimentaciones según profundidad: Cimentaciones superficiales o directas. Zapata aislada. Viga. Zapata corrida. Emparrillados: Losa. Zanja. Cimentaciones profundas: Pozos de cimentación. Pilotes: Prefabricados. Pilotes en obra o "in situ". Pilotes hincados. Pilotes perforados.

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TERRENO Y CIMENTACION EN EDIFICACIONES

Edificación y construcción para bomberos

Tema 18 "Temario Sargentos"

1. EL TERRENO EN LA EDIFICACION

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Aunque no es un elemento estructural, propiamente dicho de una edificación, debe considerarse también la importancia del terreno, pues es el lugar o espacio sobre el cual se asienta la edificación. Es decir, es la base donde se sustenta un edificio. 

La determinación de las características mecánicas de un suelo, o su comportamiento bajo la acción de unas cargas se denomina en física mecánica del suelo. Por ello es conveniente su estudio y así determinar los efectos recíprocos entre el terreno y la obra; lo cual nos garantizará las hipótesis de estabilidad.

Los terrenos suelen clasificarse generalmente según su composición y resistencia, siendo dicha clasificación más habitual la siguiente:

Clasificación de los terrenos según su composición y resistencia

1. ROCAS:

Las rocas se caracterizan por su estabilidad, por lo cual son excelentes para cimentar. Resisten mucho a compresión y no presentan en general problemas de resistencias y asientos. Su capacidad portante suele variar entre 15 y 30 Kg/cm2.

2. TERRENOS SIN COHESION:

Formados fundamentalmente por áridos (piedras o cantos rodados, gravas o gravillas, arenas, limos, inorgánicos). Carecen de cohesión (adherencia entre los granos sueltos) y son permeables al agua. La cimentación es más adecuada cuanto mayor es el tamaño del grano y mayor es la compacidad de las capas que lo forman. Su capacidad portante suele variar entre 1 y 8 Kg/cm2.

3. TERRENOS COHERENTES:
Formados fundamentalmente por aquellas arcillas, barros o margas (arcilla, barro y caliza) que puedan contener óxidos en cantidad moderada. Estos tipos de terreno generarán buenas cimentaciones dependiendo de su origen o naturaleza y del agua que contengan. Su capacidad portante suele variar entre 1 y 4 Kg/cm2.

4. TERRENOS DEFICIENTES:
En general son terrenos no aptos para cimentar (excepto con operaciones de compactación, solidificación, secados, etc.), estos suelen ser: Fangos inorgánicos, terrenos orgánicos, turbas, tierras vertidas o amontonadas, terrenos de relleno o echadizo. Su capacidad portante suele ser menor a 1 Kg/cm2.

5. CAPACIDADES PORTANTES:
El peso propio de la estructura y las distintas sobrecargas y solicitaciones se van a transmitir, a través de los distintos elementos estructurales, a la cimentación y está a su vez al terreno sobre el que se asienta.

La resistencia a compresión de los terrenos mas usuales son:

2. LA CIMENTACION EN LAS EDIFICACIONES

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La cimentación es el elemento de contacto y transmisión de cargas entre la estructura y el terreno que la soporta. Su misión es la de repartir sobre el terreno el peso de la obra o edificación (estructura) ; es decir, es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno. En algunos tratados de construcción, también se le denomina “Infraestructura”. 

Debido a la inferior resistencia y rigidez que por lo general presentan los terrenos respecto a la estructura, la superficie en planta de la cimentación es muy superior a la suma de superficies de los soportes (pilares) o muros de carga. Con lo cual es conveniente, para determinar sus dimensiones, conocer, por una parte, el peso total de la obra (enteramente acabada, incluidas las subcargas accidentales), y por otra, la capacidad portante del terreno sobre la cual descansa la construcción. Se pueden realizar las cimentaciones con los materiales tradicionales utilizados en construcción.

Excepcionalmente y en casos muy concretos, podemos encontrar cimentaciones de madera (en medios acuíferos, cimentaciones antiguas) y de hierro con preparación previa para oxidación, siendo más común encontrar cimentaciones de mampostería, fábrica de ladrillo y hormigón (armado o en masa).

Las cimentaciones se clasifican según su profundidad en:

1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES O DIRECTAS
Son cimentaciones que tienen poca profundidad, ya que el nivel de la zona inferior de la estructura o próximo a él presenta características adecuadas (técnicas y económicas) para cimentar el terreno, siendo las más importantes las siguientes:

• Zapata aislada:

Son cimentaciones de profundidades de hasta un metro aproximadamente, que se realizan normalmente en hormigón con armaduras de hierro en su cara inferior y así evitar asientos diferenciales y absorber otros esfuerzos. Suele ser el procedimiento mas usual en la cimentación de pilares, siendo por lo general cuadradas o rectangulares, a veces se unen unas a otras mediante elementos de hormigón armado que se denominan vigas de arriostramiento o vigas de atado. Sobre ella suele colocarse un solo pilar y a veces también se colocan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación llamada “diapasón”.

• Viga:

Suele utilizarse cuando el terreno es bueno y permite una cimentación de espesor de treinta a cuarenta centímetros. Normalmente el terrero donde se cimientan tiene gran capacidad portante, como por ejemplo las rocas. Generalmente se apoyan sobre ella tres o más pilares o soportes.

• Zapata corrida:

Es igual que la aislada, pero abarca toda la base del mismo. Suele utilizarse en muros de carga, muros de contención o incluso cuando se quiere un buen arriostramiento de pilares. Por ello, recibe generalmente una lineal sobre toda ella.


2. EMPARRILLADOS:
Son cimentaciones especiales, donde la disposición o distribución de los pilares o soportes es apropiada para configurarlo en planta. Posee la ventaja de ser menos sensible a los defectos aislados del terreno.

• Losa:

Es una placa de hormigón armada de espesor uniforme o con refuerzo de vigas en las bases de los pilares uniendo estos. Se utilizan en terrenos malos pero uniformes o cuando la cimentación con zapatas aisladas superan el 50% de la planta de la construcción a realizar. Suelen aprovecharse como solera de sótano y actúan como un forjado trabajando en sentido contrario.

• Zanja:

Se utiliza en cimentaciones más profundas, de dos a tres metros. Para este tipo de cimentación los materiales que se emplean son rocas, ladrillos y hormigón.


3. CIMENTACIONES PROFUNDAS:
Se ejecutan cuando el terreno que tenemos por debajo de la estructura es malo y hay que buscar la resistencia o capacidad portante del mismo a mayor profundidad. Se pueden clasificar en:

• Pozos de cimentación:

Es una cimentación parecida a la de zapata aislada para estructuras con pilares, pero esta se utiliza cuando el firme se encuentra a mayor profundidad. En este caso el nivel de cimentación apto se encuentra entre los cuatro y seis metros de profundidad, de dos a tres metros. Es un caso intermedio entre las cimentaciones superficiales y las de pilotes (de mayor profundidad).

• Pilotes:

Se utilizan en suelos con escasa capacidad portante, ya que el nivel apto para cimentar está muy por debajo del nivel inferior de la estructura que tiene que soportar. Son piezas largas cilíndricas o prismáticas que se hincan o ejecutan en el terrero para transmitir cargas por rozamiento o para transmitirles a otro estrato mas profundo que tenga la capacidad portante adecuada. Pueden ser de madera, acero u hormigón armado. Van dotados de una cabeza sobre la que apoyan los pilares. 

Las distintas cabezas van debidamente arriostradas entre si., estos pueden ser:

• Prefabricados: Pueden ser de madera, acero y hormigón prefabricado, se introducen o se hincan en el terreno a golpes o por presión. Por ello se debe previamente realizar perforaciones para explorar el terreno y así precisar la posición exacta. Además tiene el inconveniente de su transporte.

• Pilotes en obra o “in situ”: Son aquellos que se ejecutan en el propio terreno, en un agujero previamente practicado por medio de hinca o perforación. Con lo cual estos pueden ser a su vez:

1. Hincados.- Consiste generalmente en introducir un tubo de acero hueco mediante hinca, posteriormente se introduce la armadura y se rellena de hormigón.
2. Perforados.- Se hace el agujero con una barrenadora y luego se rellena con una armadura de hormigón.