La cimentación es parte de un sistema de subestructura que soporta su propio peso y todas las cargas de fuerza de la superestructura, luego las transmite a las capas de suelo y roca debajo de ella. La carga de la columna que actúa sobre esta base debe distribuirse sobre un área de superficie lo suficientemente grande para que el suelo pueda soportar la carga de manera segura.
¿Qué es la cimentación?
La cimentación es parte de un sistema de ingeniería que transmite la carga soportada por la cimentación y su propio peso al suelo y la roca que se encuentra debajo. Se debe tener en cuenta la construcción de la cimentación del edificio y garantizar la estabilidad del edificio frente a su propio peso, cargas útiles y fuerzas externas, como la presión del viento, terremotos y otros, y no debe haber asentamiento local de cimentación o incluso asentamiento de cimentación más allá de cierto límite.
Se dice que un diseño de cimentación es correcto si la carga transmitida por la cimentación al suelo no excede la resistencia del suelo en cuestión. Si se excede la resistencia del suelo, se producirá un hundimiento o colapso excesivo del suelo. Si la tensión de compresión supera la presión admisible, se puede utilizar la base de pilotes para ayudar a soportar la tensión de compresión en las paredes y columnas de la estructura del edificio.
Definición de cimentación
Las siguientes son definiciones de cimentación que se han recopilado desde distintas fuentes:
- La cimentación es una de las construcciones de edificación ubicada en la parte inferior de una construcción, la cimentación tiene un papel importante en un edificio, donde la cimentación soporta todas las cargas de construcción desde la parte superior hasta la capa de suelo en la parte inferior (abajo).
- La cimentación es una parte de la construcción de edificios que se encarga de colocar el edificio y transmitir la carga de la superestructura (estructura superior/superestructura) a la base del suelo que es lo suficientemente fuerte para soportarlo.
- Los cimientos son el componente estructural más bajo de un edificio que transmite la carga del edificio al suelo o roca debajo de él.
Aspectos de la selección del tipo de cimentación
La planificación de la cimentación debe basarse en varios aspectos como lo son: la función del edificio, el tipo de suelo, la profundidad del suelo duro que soporta los cimientos, así como del aspecto del costo (financiero). La explicación de cada aspecto de la selección de la base es la siguiente:
1. Estado del suelo de cimentación: La condición del suelo debajo de la cimentación está íntimamente relacionada con la selección del tipo de cimentación. Esto se debe a que cada tipo de cimentación tiene una forma y un mecanismo de distribución de carga diferentes según las condiciones del suelo. Los factores del suelo que se tienen en cuenta incluyen el tipo de suelo, los parámetros del suelo, la capacidad de carga, la profundidad del suelo duro, etc.
2. Limitaciones debidas a la estructura sobre él: Las condiciones de carga de la superestructura pueden incluir la carga total debida a la superestructura, la dirección de la fuerza de carga, las cargas verticales y horizontales y la distribución de cargas y las propiedades dinámicas de la estructura.
3. Limitación del estado del medio ambiente de alrededor: Las restricciones ambientales a las que se hace referencia en este punto son las condiciones ambientales alrededor del proyecto. Considerando que en la realización de un desarrollo es necesario prestar atención a las condiciones del entorno que lo rodea, por lo que se espera que al realizar la obra no se perturbe y ponga en peligro el entorno circundante o las edificaciones ya existentes en las inmediaciones.
4. Costo y tiempo de trabajo: Hay que tener en cuenta el factor coste y el tiempo de ejecución de la obra porque está incluido en la dirección de obra de un edificio y está muy relacionado con conseguir las condiciones adecuadas y económicas.
Tipos de cimentación
La forma de los cimientos está determinada por el peso del edificio y la condición del suelo alrededor del edificio, mientras que la profundidad de los cimientos está determinada por la ubicación del suelo sólido que soporta los cimientos. En general, las cimentaciones se dividen en dos tipos: cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas.
Los cimientos poco profundos son cimientos que solo pueden aceptar cargas relativamente pequeñas y recibir directamente cargas de construcción. Mientras que la base profunda es una base que puede aceptar una gran carga de construcción y transmitir la carga de construcción a un suelo duro o roca que es muy profunda. La explicación de cada clasificación de base es la siguiente:
Cimentación superficial
La cimentación superficial es una base que soporta la carga directamente. Esta cimentación se usa cuando la capa de suelo de soporte en la base de la cimentación está ubicada relativamente lejos de la superficie del suelo/la capacidad de carga del suelo en la base del edificio es débil. Si la profundidad de la base de la cimentación desde el suelo es menor o igual al ancho de la cimentación (D = B), entonces se denomina cimentación poco profunda.
El sistema de cimentación se usa en una buena capa de subrasante que no es profunda y se pueden superar las perturbaciones del agua subterránea o del agua del río para que la cimentación se pueda hacer en un estado seco para que la calidad de la cimentación sea mejor y más económica.
Tipos de cimientos superficiales
Los tipos de cimientos superficiales incluyen los siguientes:
- Piedra de río
La base de la tira de piedra de río debe estar hecha de piedra de río de buena calidad, que no se rompa ni se desmorone fácilmente. El mortero utilizado es al menos 1 parte de cemento y 6 partes de arena (1:6) y debe tener una resistencia a la compresión a la edad de 28 días de al menos 30 kg/cm2.
- Placa de cimentación (Base de placa)
La placa de cimentación soporta la carga estructural, por lo que se indica que es de construcción de hormigón armado con una calidad mínima de K175. Los cimientos de pie se utilizan para soportar cargas puntuales individuales, como columnas estructurales. La base de esta almohadilla se puede hacer en forma de círculo, cuadrado.
Este tipo de cimentación consiste en una capa de hormigón armado de espesor uniforme, pero una cimentación de losa también se puede construir en forma escalonada si se requiere que esta cimentación distribuya la carga de columnas pesadas.
- Cimentación de Placa Continua
Esta cimentación también debe estar hecha de hormigón armado con una calidad mínima de K175. La forma de esta cimentación es el desarrollo de la cimentación de placas porque las cimentaciones de placas están demasiado cerca entre sí, por lo que se superponen entre sí, es mejor que las columnas estén conectadas entre sí a través de una cimentación de placas continua.
- Cimentación picada
Las cimentaciones picadas se utilizan cuando la subrasante buena es bastante profunda y existen alteraciones en el suelo que dificultan la ejecución de la cimentación. Los cimientos de hoyo también se pueden usar si existe el peligro de socavar el suelo debajo de la base del cimiento por las corrientes de agua, el fondo del hoyo debe estar estrictamente sobre una capa de suelo duro.
- Cimentación de pozo
La cimentación del pozo se utiliza cuando la buena subrasante es bastante profunda y hay disturbios en el suelo que dificultan la ejecución de la cimentación. Los cimientos de pozo también se pueden usar si existe el peligro de que las corrientes de agua erosionen el suelo debajo de la base del cimiento; el fondo del pozo debe estar firmemente sobre una capa de suelo duro.
- Cimentación balsa
La cimentación balsa es una cimentación de placa de hormigón que se hace tan ancha como el edificio sobre ella o se denomina cimentación de placa local muy ancha. Esta cimentación se utiliza para sostener un edificio situado sobre suelo blando o se utiliza cuando la disposición de las columnas es tan estrecha en todas las direcciones, que al utilizar una cimentación de palma, los lados se presionan entre sí.
Cimentación profunda
Una cimentación profunda es una cimentación que continúa la carga del edificio hasta el subsuelo o suelo duro ubicado lejos de la superficie. Si la profundidad de la cimentación desde la superficie del suelo es más de cinco veces el ancho de la cimentación (D > 5B), entonces se denomina cimentación profunda.
Los cimientos profundos se utilizan cuando el suelo subyacente como lugar para colocar los cimientos no tiene suficiente capacidad de carga para soportar la carga que trabaja sobre él, o cuando el suelo subyacente es muy profundo.
Tipos de cimientos profundos
Los tipos de cimentaciones profundas también incluyen los siguientes:
Cimentación de pilotes
La cimentación de pilotes es un tipo de cimentación profunda que se encuentra comúnmente en la construcción en tierra y mar, este tipo de cimentación se utiliza cuando el tipo de estructura está en contacto directo con pantanos, agua y también suelo que tiene una baja capacidad de carga, esta cimentación tiene como objetivo apoyar la carga sobre él y luego continuar.
La carga pasa a través del pilote, según el tipo de transferencia de carga, están los que llevan la carga con apoyos en los extremos, también están los que llevan la carga a través de la piel del propio pilote ( pila de fricción).
Según el tipo de material utilizado, la base de pilotes se divide en varios tipos, son los siguientes:
Pilotes de madera: Las estacas de madera son estacas hechas de madera, que generalmente se pueden tomar en el bosque y son de buena calidad, generalmente se le dará un conservante a la madera para que no se desgaste fácilmente y se afilarán los extremos, para que cuando se plante, pueda penetrar fácilmente la capa del suelo, y algunos que le dieron zapatos a estas estacas para que cuando se encuentren con rocas duras, estas estacas aún puedan penetrar las rocas.
Pilotes de hormigón: Estos pilotes están hechos de hormigón y, por lo general, estos pilotes están en condiciones terminadas, donde las condiciones iniciales se moldean en un lugar central y luego se envían al sitio de construcción, por lo general, estos pilotes prefabricados se fabrican con refuerzo generalmente hecho para tensión de flexión durante el proceso de distribución.
Pilotes de acero: Además de la madera y el hormigón, también existen pilotes de acero, donde estos pilotes son muy adecuados para su uso en cimientos o suelos duros a cierta profundidad, los pilotes de acero suelen tener forma de caja y algunos tienen forma de tubo, pero se suelen utilizar en la forma de tuberías, así como pilotes. Este pilote de acero también puede soportar el impacto del propio proceso de conducción, y en este pilote el proceso de conexión también es bastante fácil.
Pilote compuesto: Este pilote es el último tipo de pilote, donde este pilote combina pilotes de madera, concreto y acero, por ejemplo, el material de madera o concreto está en la superficie superior, y el material de acero se coloca en la superficie inferior de la base, con el tiempo, este tipo de pila Este se empieza a abandonar porque el costo es bastante caro.
Cimentación de pilotes de perforación
Los cimientos de pilotes de perforación son una forma de cimientos profundos que se hacen en la superficie del suelo. La cimentación se coloca a la profundidad requerida haciendo agujeros con un sistema de perforación o dragado del suelo. Una vez obtenida la profundidad, se vierte el hormigón en los orificios de cimentación perforados.
Los pilotes de perforación o también llamados cimientos de pozo, a menudo también se usan en construcciones grandes y domésticas que tienen la capacidad de carga del suelo duro a una profundidad considerable sobre la superficie del suelo, por lo que no es posible excavar o usar este tipo de cimientos superficiales, pozos cimentación o pilote de sondeo, a diferencia de los pilotes, en los que la cimentación es asistida por hormigón que se inserta en el encamisado o en el suelo que ha sido perforado.
Teoría de la carga de la cimentación
La carga es lo primero que se tiene en cuenta en la planificación y análisis del edificio. Generalmente, la carga sobre la estructura del edificio se agrupa en dos según la dirección del trabajo, a saber, cargas verticales y horizontales. Las cargas verticales que actúan sobre la estructura del edificio incluyen cargas muertas (D) y cargas vivas (L), mientras que las cargas horizontales son cargas de viento y cargas sísmicas. La explicación de cada carga de cimentación es la siguiente:
Carga muerta
La carga muerta es el peso de todas las partes fijas del edificio en la forma de los componentes principales de la estructura del edificio y los componentes arquitectónicos. La carga muerta se puede obtener multiplicando el volumen de los componentes por su respectivo peso específico. La carga muerta incluye todas las partes de los componentes estructurales que están fijos, incluidos todos los elementos adicionales.
La carga muerta es el peso total de los materiales de construcción del edificio instalados, incluidas las paredes, los pisos, los techos, los cielos rasos, las escaleras, los tabiques fijos, el acabado, el revestimiento del edificio y otros componentes arquitectónicos y estructurales, así como el equipo instalado, incluido el peso del grifo. La siguiente tabla muestra los distintos pesos de materiales de construcción y componentes de construcción.
Carga viva
Las cargas vivas son cargas generadas por usuarios y ocupantes de edificios u otras estructuras que no incluyen cargas de construcción y cargas ambientales, como cargas de viento, cargas de lluvia, cargas sísmicas, cargas de inundación o cargas muertas. La cantidad de carga viva en cada piso del edificio se determina de acuerdo con la función del edificio que se ha proporcionado, lo cual se puede ver en la siguiente tabla.
Carga sísmica
La carga sísmica es una carga de acción ambiental que se produce debido a las fuerzas laterales que actúan sobre el edificio. En términos de la influencia del sismo en la estructura, la carga del sismo aquí se define como las fuerzas en la estructura causadas por el movimiento del suelo debido al sismo.
El análisis de las cargas sísmicas sobre cimentaciones se calcula con base en los procedimientos para la planificación de la resistencia sísmica de estructuras edificables y no edificables. En la planificación, la cimentación debe ser capaz de soportar y acomodar el balanceo que se produce en la estructura por los movimientos del suelo.