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Cimentaciones superficiales

Cimentaciones superficiales: tipos y métodos de diseño BIM

Vigas, zapatas, plateas: descubre los tipos de cimentaciones superficiales y cuáles adoptar en tus proyectos según las características del terreno

Las cimentaciones superficiales son elementos estructurales diseñados para transferir la carga de las estructuras directamente al suelo subyacente, sin la ayuda de un significativo efecto lateral.

En este artículo, exploraremos en detalle el concepto de cimentaciones superficiales y las diversas tipologías utilizadas en el campo de la ingeniería civil.

Además, podrás ver cómo aprovechar un software para el cálculo estructural para diseñar de manera detallada y precisa este tipo de cimentaciones.

Diferentes tipos de cimentaciones

Diferentes tipos de cimentaciones

¿Qué son las cimentaciones superficiales?

Las cimentaciones superficiales son estructuras resistentes interpuestas entre el suelo y la superestructura de un edificio, diseñadas para transferir las cargas derivadas del peso propio y de las acciones aplicadas a la superestructura directamente al suelo subyacente. Esto se logra principalmente a través de la presión ejercida por la cimentación sobre el suelo debajo del plano de apoyo, sin que intervenga un significativo efecto lateral. Las cimentaciones superficiales se utilizan cuando el suelo subyacente es lo suficientemente robusto como para soportar la carga sin riesgo de asentamientos excesivos.

Este tipo de cimentación se distingue de las cimentaciones indirectas o profundas, ya que estas últimas transfieren la carga al suelo a través de la presión debajo del plano de apoyo y por fricción a lo largo del fuste. Esta distinción es esencial en el diseño de cimentaciones, ya que influye en la elección de la tipología más adecuada para una situación específica y es necesaria también para comprender bien el tema que estamos tratando.

Tipos de cimentaciones superficiales

Existen diferentes tipos de cimentaciones superficiales, cada una adecuada para condiciones específicas del terreno y requisitos estructurales. A continuación, se muestra una lista de los diferentes tipos de cimentaciones superficiales presentes en el mundo de la construcción.

Cimentaciones superficiales puntuales

Las cimentaciones puntuales, representadas principalmente por pilotes de cimentación, son una opción común para edificios residenciales e industriales, especialmente adecuados para suelos con buenas características mecánicas y donde no se esperan asentamientos diferenciales significativos. Un pilote es un elemento estructural realizado típicamente en concreto armado, diseñado para distribuir las cargas puntuales de la superestructura sobre una superficie de suelo lo suficientemente amplia para garantizar la seguridad y estabilidad estructural.

Durante la fase de diseño, es importante ubicar el pilote debajo de la capa de suelo superficial sujeta a reacondicionamiento o variaciones estacionales del volumen, como el movimiento del nivel freático. El comportamiento del pilote puede asimilarse al de un estante empotrado, sujeto a la reacción del suelo de abajo hacia arriba.

Tipos de pilotes

Existen dos tipos principales de pilotes: robustos y esbeltos. Los pilotes robustos se caracterizan por una relación entre la altura y la proyección del ala superior del pilote desde el eje del pilar mayor de 2, mientras que los pilotes esbeltos tienen una relación inferior a 2.

El dimensionamiento estructural de los pilotes robustos considera el sistema de tirante-puntal, mientras que para los pilotes esbeltos se pueden utilizar enfoques basados en la hipótesis de conservación de las secciones planas de Bernoulli y Navier.

Los pilotes pueden estar conectados por vigas o correas, y cuando no hay ningún elemento de conexión entre ellos se habla de «pilotes aislados». Las conexiones entre los pilotes contribuyendo a garantizar la estabilidad y continuidad de la cimentación.

Pilotes de cimentación

Pilotes de cimentación

Cimentaciones superficiales continuas

Cuando los suelos presentan características que podrían generar asentamientos diferenciales o cuando las cargas a soportar son elevadas, se recurre a las cimentaciones continuas. Estas incluyen vigas invertidas, enrejados y losas, que distribuyen la carga sobre una superficie de contacto más extendida, reduciendo así la presión de la carga sobre el suelo y minimizando los asentamientos diferenciales. Este tipo de cimentación se puede subdividir aún más en dos grupos:

En concreto no armado

Si el suelo ofrece una buena resistencia y las cargas aplicadas no son demasiado elevadas, es posible adoptar cimentaciones continuas en concreto no armado. Este método ofrece varias ventajas, incluyendo la reducción de costes y la simplificación del proceso de construcción:

La base de la cimentación se ensancha gradualmente mediante el uso de elementos, configurados con una inclinación de aproximadamente 60°. Esto contribuye a reducir las solicitaciones de flexión y corte, garantizando una mayor estabilidad a la estructura.

Cuando la cimentación continua en concreto no armado se vierte directamente en la excavación de cimentación, se obtiene una sección con forma trapezoidal, donde la base menor será la inferior. Este diseño permite una distribución uniforme de la carga sobre el suelo subyacente.

La mayor cantidad de concreto requerida para este tipo de cimentación se compensa con el ahorro en el encofrado necesario para el vertido.

Para garantizar una mejor conexión con la base de la estructura, se recomienda construir una correa de concreto armado. Este elemento se inserta a lo largo de todo el espesor de la pared en correspondencia con el nivel del forjado, mejorando la resistencia y la estabilidad general de la cimentación.

En concreto armado

Las cimentaciones continuas en concreto armado, también conocidas como cimentaciones de viga o de zapata, representan una solución versátil y resistente. Son especialmente adecuadas para suelos poco resistentes. Este tipo de cimentación, aprovecha las propiedades del concreto armado para resistir los esfuerzos de flexión, permitiendo la construcción de estructuras menos masivas que las cimentaciones no armadas.

La característica distintiva de las cimentaciones continuas en concreto armado es la presencia de una correa continua, acompañada por dos mensulas laterales también realizadas en concreto armado. Este diseño permite a las cimentaciones absorber eficazmente las solicitaciones de corte y flexión, garantizando una mayor estabilidad estructural.

Este tipo de cimentación es especialmente adecuado para suelos poco resistentes, ya que requiere una menor cantidad de concreto que las cimentaciones no armadas.

Gracias a la capacidad del concreto armado para soportar cargas de flexión, las cimentaciones continuas en concreto armado pueden diseñarse con dimensiones más reducidas, reduciendo así el peso total de la estructura.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que la realización de cimentaciones continuas en concreto armado requiere un trabajo mayor en términos de formación de la armadura metálica y el encofrado. Este es un aspecto importante durante la fase de diseño y construcción, ya que afecta a los costes y los tiempos de realización del proyecto.

Cimentaciones continuas

Cimentaciones continuas

Vigas invertidas

Las vigas invertidas representan un elemento estructural importante. Estas son utilizadas para distribuir las cargas provenientes de los pilares sobre una superficie más amplia, garantizando así una mayor estabilidad y resistencia de la estructura. Además, este tipo de vigas se realizan en concreto armado y presentan una característica forma de T invertida, con dos losas o mensulas inferiores que se encargan de ampliar la superficie de apoyo sobre el suelo.

La principal aplicación de las vigas invertidas se produce en estructuras de marco, especialmente cuando es necesario distribuir las cargas sobre grandes superficies de suelo y cuando la resistencia del suelo mismo no es uniforme. En estos casos, las vigas invertidas permiten garantizar una distribución equilibrada de las cargas, reduciendo al mismo tiempo el riesgo de asentamientos diferenciales del suelo.

Proceso de realización de las vigas invertidas

El proceso de realización de las vigas invertidas involucra varias fases sucesivas:

  1. Se inicia con la colocación de una primera capa de grava, que sirve como base para la viga invertida;
  2.  posteriormente, se procede con la formación de la armadura metálica, que proporciona a la viga la resistencia estructural necesaria;
  3. luego, se realiza el vertido de las losas de la viga, creando así la parte inferior de la estructura que se apoyará sobre el suelo;
  4. una vez que el concreto ha fraguado, se instalan los bordes de contención y se vierte la parte superior de la viga, conocida como alma, completando así la estructura de la viga invertida.

Este proceso de realización asegura que las vigas invertidas sean capaces de soportar eficazmente las cargas estáticas y dinámicas provenientes de la superestructura, garantizando al mismo tiempo una distribución uniforme de las cargas sobre el suelo subyacente.

Vigas continuas cruzadas

Este tipo de elemento estructural consiste en una sucesión de vigas invertidas alineadas según las filas de los pilares, creando así un esquema estático de vigas continuas sobre múltiples apoyos, que están orientadas paralelamente a uno de los lados de la planta del edificio. Estas vigas están luego conectadas por correas transversales de rigidización, que contribuyen a aumentar la rigidez general.

La característica distintiva de las vigas invertidas cruzadas es que las propias correas de rigidización se convierten en vigas invertidas, aumentando así aún más la capacidad de distribución de las cargas y la resistencia de la estructura. Esta transformación ocurre cuando es necesario hacer la cimentación más rígida, por ejemplo, en presencia de suelos inestables o cargas particularmente elevadas.

Una ventaja significativa en el uso de vigas invertidas cruzadas es la posibilidad de realizar vigas con una relación altura/base elevada, lo que permite reducir la cantidad de armadura necesaria y las solicitaciones a las que está sujeto el concreto. Esto no solo reduce los costos de construcción, sino que también mejora las prestaciones estructurales generales de la cimentación.

Cimentaciones de losa

Las cimentaciones de losa representan una solución eficaz cuando el suelo no es capaz de soportar las cargas de la estructura de manera uniforme o adecuada. Este tipo de cimentación sustituye las tradicionales vigas invertidas por una única «losa» de base en concreto armado, que se extiende sobre toda el área de apoyo de la estructura. Esta «losa», llamada platea, está diseñada con un espesor adecuado para distribuir las cargas de manera uniforme sobre el suelo subyacente.

Además de la «losa» de base, pueden preverse vigas principales y secundarias dispuestas estratégicamente para rigidizar aún más la estructura. Estas vigas adicionales contribuyen a garantizar una mejor continuidad estructural y a distribuir las cargas de manera más eficiente.

Un aspecto distintivo de las cimentaciones de losa es la presencia de una placa nervada invertida, formada por las vigas principales y secundarias que sobresalen de la «losa» de base. Esta configuración permite una mejor distribución de las cargas y una mayor resistencia estructural global.

Entre las ventajas de las cimentaciones de losa se encuentra su capacidad para distribuir eficientemente las cargas sobre la superficie del suelo. Esto garantiza una buena continuidad estructural. Esto las hace particularmente adecuadas para suelos con características de asentamiento no uniformes.

Sin embargo, una desventaja de las cimentaciones de losa es la mayor cantidad de material necesaria en comparación con otros tipos de cimentaciones. Esto puede conllevar costes adicionales tanto en términos de materiales como de mano de obra. Sin embargo, esta desventaja se compensa con los beneficios en términos de prestaciones estructurales y durabilidad en el tiempo.

Cómo diseñar cimentaciones directas con un software BIM

A continuación, puedes ver una lista de videos que te muestran cómo diseñar y dimensionar cimentaciones directas con un software de análisis estructural:

Losa de cimentación

Losa de cimentación

edilus
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