Cimentación: Concepto y Requisitos

La cimentación es el elemento estructural de un edificio cuya función es transmitir integralmente al terreno todas las cargas que recibe. La cimentación elegida tendrá que cumplir con los siguientes requisitos:

• Ser capaz de transmitir todas las cargas que recibe, con la suficiente garantía de estabilidad para el edificio.
• Tener un coeficiente de seguridad adecuado, que prevea posibles hundimientos o asientos del terreno, que nunca deben llegar al límite de deformación de la estructura.
• Tener una durabilidad adecuada al uso del edificio. La cimentación se diseñará (incluido la dosificación del hormigón) para no resultar afectada por la posible agresividad del terreno.

Será necesario realizar un estudio geotécnico para conocer las características generales del terreno y así poder establecer qué tipo de cimentación es la más adecuada.

Tipos de Cimentaciones

Cimentaciones Directas o Superficiales

Son aquellas que transmiten las cargas al terreno sobre un plano de apoyo horizontal, a poca profundidad. Se utilizan medios normales de excavación y, por tanto, son las cimentaciones más económicas.

• Zapatas Simples o Aisladas: Son rígidas y flexibles, con una base cuadrada. (dibujo)
• Vigas Riostras (de Atado): Son los elementos que atan horizontalmente las zapatas aisladas entre sí, ante el peligro de que estas puedan desplazarse lateralmente. Trabajan de manera similar a un pilar: a compresión o tracción; por tanto, tienen igual armado en las cuatro caras (simétrico).
• Vigas Centradoras: Son los elementos que atan una zapata excéntrica con otra que puede serlo también. Trabajan de manera similar a una viga invertida: a flexión; por tanto, el armado longitudinal es simétrico verticalmente.
• Zapata Combinada: Son aquellas que soportan más de un pilar.
• Zapata Corrida o Continua: Se utilizan para cimentar muros o varios pilares en línea (3 o más).

Pozos de Cimentación

Es un caso intermedio entre cimentaciones superficiales y profundas. Cuando el firme se encuentra a profundidades del orden de dos a cinco metros (una retroexcavadora alcanza esa cota), habitualmente se recurre a ejecutar los llamados pozos de cimentación, que consisten en rellenar la excavación con hormigón pobre (H-100 normalmente) o ciclópeo, hasta la cota óptima para ubicar la zapata (aislada o corrida) correspondiente. Para firmes de profundidades superiores a los cinco metros, o cuando el terreno se desmorona al excavar los pozos, o cuando tiene mucha agua, se debe recurrir a cimentaciones profundas.

Losas de Cimentación

Pueden ser de varios tipos: lineal, reticular, placa nervada, placa continua, placa con refuerzos, placa aligerada, losa cajón.

• Lineales (Vigas Flotantes): Son vigas que soportan varios pilares (más de dos). Son análogas a las zapatas combinadas y pueden tener sección rectangular o en T invertida. Se emplean cuando el edificio tiene los pilares muy próximos entre sí según unas alineaciones determinadas, o cuando se quieren evitar asientos diferenciales excesivos entre varios pilares, ya sea por una variación importante de sus cargas o por posibles heterogeneidades del terreno.
• Reticulares o Emparrillados: Análogas a la anterior, se cruzan las vigas flotantes en las dos direcciones.
• Placas: Son losas de espesor constante que trabajan en las dos direcciones. Las placas de cimentación tienen la ventaja de la relativa rapidez y limpieza de ejecución en obra. Una vez explanado el terreno a la cota necesaria, se vierte una capa de 10 cm de hormigón de limpieza, y sobre él se replantea la cimentación. Se replantean los ejes de los pilares y, en su caso, de los muros de hormigón, y todo el perímetro. Solo se necesita encofrar este último. Dentro del espesor de la placa podemos disponer la red de saneamiento, sin afectar a los armados de las parrillas. Una vez colocadas las esperas de los pilares o muros, se hormigona.

Muros de Hormigón

No es un tipo de cimentación estrictamente, pero por su ejecución y funcionamiento, los estudiaremos también en esta unidad de trabajo.

• Muros de Contención de Tierras: Son los que se utilizan para mantener una diferencia de niveles en el terreno con una pendiente superior a la que permitiría la resistencia del mismo, con deformaciones admisibles ante los empujes laterales, y transmitiendo los esfuerzos a su base o cimentación.
• Muros de Sótano: Son los destinados a independizar una construcción enterrada del terreno colindante, soportando los empujes del terreno y las cargas que le llegan de la edificación, procedentes de los forjados y de los pilares o muros de carga que nacen en su cúspide.

Juntas en Muros de Sótano

Las juntas verticales en los muros se resuelven según su función:

• Si es una junta de dilatación, la armadura de reparto, horizontal, se debe interrumpir al llegar a la junta. Primero se hormigona el paño de muro de un lado de la junta y luego el otro, dejando una separación entre ellos de 2 a 4 cm generalmente, interrumpiendo con una tira de porexpán. Para impermeabilizar la junta, además de la propia del muro, se sella por ambos lados. También se puede colocar en el centro del muro una junta de goma que garantice la impermeabilidad del muro por el largo recorrido que debería de realizar el agua.
• Si es una junta de construcción, es decir, una junta producida por el fin de jornada, entonces se deben dejar las armaduras horizontales con la longitud de solapo correspondiente.

Cuando el sótano del edificio está entre medianerías, o con su límite de vaciado en línea con la vía pública o con una propiedad privada o cualquier otro elemento que no pueda invadirse, la excavación se ha de realizar por bataches (si no se ha optado por pilotajes o muros pantalla). Consiste en excavar el sótano alternativamente por tramos, de una longitud variable en función de las características del terreno y de los empujes que tengamos en el lindero, normalmente de 2 a 3 m, y con una profundidad necesaria para ejecutar la zapata del muro correspondiente. Una vez hormigonada la zapata y el muro correspondiente a ese tramo, y alcanzada una resistencia mínima del hormigón, se puede proceder a la excavación del tramo contiguo. Para acelerar los trabajos, la excavación de los bataches se hace alternativamente, comenzando con varios de ellos a la vez, separándolos entre sí la distancia suficiente como para que el terreno no excavado pueda soportar los empujes horizontales propios y del excavado.

Cimentaciones Profundas

Cuando la cimentación no puede realizarse superficialmente, porque sea inviable técnicamente, entonces se recurre a una cimentación profunda, que es aquella que se encuentra a más de 6 u 8 metros de profundidad, donde no llega una retroexcavadora. El CTE DB-C define como cimentación profunda aquellas que tienen su firme a más de 8 veces el diámetro o ancho de la cimentación. Una cimentación profunda se puede resolver con: Pilotes de hormigón (In situ, Prefabricados) y Pantallas (Continuas de hormigón, De pilotes).

Pilotes de Hormigón

Los pilotes de hormigón son pilares enclavados en el terreno, que buscan el firme. Trabajan igual que los pilares y, por tanto, se arman igual. Según los estratos del terreno, la forma de trabajo de los pilotes varía, y tenemos:

• Pilotes por Punta: Son aquellos pilotes que han alcanzado un estrato de terreno claramente más resistente, y las cargas del pilote se transmiten fundamentalmente a ese estrato, por su punta. Se llaman también pilotes columna.
• Pilotes por Fuste: Son los que no alcanzan un nivel más resistente y la carga la tienen que transmitir al terreno por el rozamiento a lo largo de su fuste. Se suelen denominar pilotes flotantes.

Pilotes In Situ

Son aquellos pilotes que se ejecutan en excavaciones previas realizadas en el terreno, normalmente por medio de barreras o por hincado de tubos huecos de acero. Los pilotes in situ pueden alcanzar grandes profundidades (30 ó 40 metros) y, por la excavación que se realiza, se pueden conocer los diferentes estratos del terreno. Tienen el inconveniente de que exigen una minuciosa ejecución y de que pueda haber peligro de lavado del hormigón por las corrientes subterráneas. El diámetro de los pilotes puede variar desde los 30 cm hasta más de 1 m.

Pilotes Barrenados

Si el terreno donde se va a perforar es estable, de forma que sus paredes no se desprenden por las perforaciones, y no hay agua en la profundidad de trabajo, entonces el sistema más adecuado suele ser el pilote barrenado sin entubación, que consiste en hacer una simple perforación, con maquinaria específica, hasta alcanzar la cota del firme; se introduce la armadura del pilote y se hormigona por medio de un tubo. Si el terreno es inestable y sus paredes se pueden desprender, pero en ausencia de agua, se puede bombear hormigón. El eje está dotado de un dispositivo de cierre para evitar la entrada de tierras o de agua durante la perforación.

Pilotes de Extracción

Se utilizarán en el caso de terrenos que carecen de estabilidad y se han de sujetar sus paredes, durante la perforación, con un tubo de acero hincado en el terreno previamente. También se entuba en el caso de nivel freático afecte a la excavación, o para ejecutar pilotes inclinados (≤ 86º medidos desde la horizontal). El tubo se hinca por golpeo en cabeza, con un martillo de hinca o con un vibrohincador acoplado a la propia máquina de perforación. Posteriormente, una vez hormigonado el pilote, también lo extrae la misma máquina. Si la perforación se realiza por debajo del nivel freático, entonces dentro del entubado se rellena con líquido, hasta una altura de 1 m aproximadamente, por encima del nivel freático, para ejecutar una sobrepresión interna, hasta que el pilote haya sido hormigonado.

Pilotes Perforados con Lodos Estabilizadores

Los lodos estabilizadores son aguas mezcladas con arcilla, bentonita (un tipo de arcilla) u otro material, empleados para la contención de las paredes de la perforación, en sustitución de la entubación recuperable. Se preparan mediante suspensión en agua de partículas de bentonita, polímeros y otros productos, con o sin empleo de aditivos. El proceso de ejecución del pilote es como se indica en la figura siguiente: se realiza la perforación utilizando los lodos como contención de tierras, se introducen las armaduras con los lodos rellenando por completo la perforación, se hormigona el pilote por medio de tubo, con lo que los lodos afloran a la superficie, ya que tienen menor densidad que el hormigón, y se recogen en un tanque para su decantación y posterior reutilización.

Pilotes Prefabricados

También conocidos como pilotes moldeados o de desplazamiento, se hincan en el terreno por medio de un martinete o maza, por lo que presentan el inconveniente, si hay edificios cercanos, de los ruidos y las vibraciones, y la posible afección a su cimentación. Pero tienen la ventaja de su correcta fabricación. Se usan principalmente en construcciones de puente u obras marítimas, pero también los encontramos en edificación. Los pilotes también se pueden hincar por vibración (este método se utiliza para desclavarlos), por presión, atornillado (el pilote lleva incorporadas unas hélices en su punta), o por una combinación de varios de los métodos mencionados. Tienen longitudes de 6 a 18 metros normalmente, pero pueden estar constituidos por un único tramo o por el empalme de varios (por medio de piezas metálicas intermedias). Las secciones las encontramos cuadradas, circulares, octogonales, etc. desde 22,5 a 42,5 cm de diámetro equivalente, y pueden tener refuerzos metálicos en su punta, llamados azuches, de fundición.

Encepados

Se llaman encepados a los elementos estructurales prismáticos que sirven de unión entre los pilotes y el resto de la estructura del edificio, generalmente, pilares o muros. Lo habitual es que un encepado reciba la carga de un pilar del edificio, y debajo tenga un número de pilotes variable según las características resistentes del terreno y la carga del pilar. El encepado hace que los pilotes trabajen conjuntamente, distribuyéndoles las cargas que recibe del pilar. Una vez ejecutado el/los pilote/s, se procede a la excavación en el terreno del lugar que ocupará el encepado. Los pilotes se han de descabezar, es decir, se han de picar el hormigón hasta dejar sus armaduras con las longitudes de anclaje necesarias y hasta que desaparezca el hormigón contaminado con restos de excavación o de lodos. En la base de la excavación se echa una capa de 10 cm de hormigón de limpieza HM-10, sin que caiga encima del hormigón de los pilotes, el cual sobresaldrá unos centímetros en todo caso por encima del de limpieza, para quedar siempre en contacto con el hormigón bueno del encepado. Finalmente, se colocan las armaduras del encepado, con sus separadores, y se hormigona.

Pantallas

Las pantallas son elementos de contención de tierras, que se ejecutan antes de hacer el vaciado, desde la superficie del terreno. Se utilizan en aquellos casos en los que el suelo no sería estable ante el vaciado, bien por su naturaleza o bien por que existan edificios u otras estructuras cimentadas en las inmediaciones de la excavación. Las pantallas pueden ser de diferentes tipos:

• Pantallas Continuas de Hormigón: Consiste en un muro de hormigón que se arma y se hormigona dentro de una excavación ejecutada en el terreno con la forma de aquél. La excavación de zanjas para muros se realiza en paneles de 2,5 a 4,5 m de longitud y hasta 40 m de profundidad, utilizando una cuchara tipo almeja o trépano para terrenos duros. Se construyen muretes guía de hormigón para dirigir la excavación y mantener la estabilidad del terreno. En terrenos inestables, se emplean lodos bentoníticos. Tras excavar, se colocan tubos de acero y armaduras de parrillas paralelas para moldear y reforzar el hormigón del panel. Una vez endurecido, se procede a excavar el panel contiguo.
• Pantallas de Pilotes: Son pilotes colocados en línea, más o menos próximos entre sí.