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Capítulo 9Cimentación

Introducción

Lacimentación más conocida es la mampostería de

piedra pegada con mortero de cemento.

En terrenos arcillosos como el de la ciudad de México resul-

tan mejores las cimentaciones rígidas de concreto armado.

El cuerpo humano es sustentado por las piernas, y transmi-

te la carga (su peso) a través de las plantas, al terreno que

lo recibe. (véase figura 9-1. a y b)

A semejanza del cuerpo humano, la construcción transmite

la carga al terreno por la cimentación. Al transmitirse la

carga al terreno, hay que considerar la capacidad de éste

para soportarla.

Pongamos de ejemplo un suelo blando; recargamos el

cuerpo sobre una vara, y ésta se va a hundir.

Llevemos el ejemplo anterior, a la construcción. En terre-

nos blandos es más fácil que se hunda un poste o columna

que un cimiento o la losa de cimentación. La explicación

técnica es la siguiente:

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Figura 9-1. La construcción transmite la carga alterreno por la cimentación.

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• La carga que se ejerza sobre el terreno tenderá a pene-

trar. (véase figura 9-2. A)

• El terreno contrarrestará el peso en sentido contrario,

es decir, impedirá la penetración (resistencia o capaci-

dad de carga del suelo). (véase figura 9-2. B)

• Carga y suelo constituyen un equilibrio de fuerzas; si la

carga es mayor que la resistencia del suelo, se hundirá

el peso (objeto, persona, cimentación, etc.). Por el con-

trario, si el peso es menor que la resistencia del suelo,

no habrá hundimiento.

• Si el peso que tiende a penetrar en el suelo se reparte

en una superficie mayor, el hundimiento será menor, o

se equilibrará. Técnicamente, se están distribuyendo o

repartiendo cargas en el terreno. A mayor superficie

de cimentación, mayor distribución de carga (menos

hundimiento). Un ejemplo claro es el expuesto en las fi-

gura 9-2 c y 9-2 d. Para reforzar el concepto: si una

persona camina en la playa, sus pies se hundirán, sin

embargo, al acostarse el hundimiento de su cuerpo es

menor, es decir, esta distribuyendo su peso en el suelo

en una mayor superficie.

• Técnicamente, se dice que la resistencia de un terreno

se mide en kg/cm2 (kilogramos por centímetro cuadra-

do) o ton/m2 (toneladas por metro cuadrado), es decir,

la carga que puede resistir el terreno por la unidad de

superficie sin que se hunda o peligre la construcción:

de aquí la clasificación de suelos en blandos, medianos

o duros. (véase figura 9-2. E)

• Los suelos blandos requieren o requerirán mayor cui-

dado porque tienen menor resistencia a la penetra-

ción; obviamente, los suelos duros tienen mucha

resistencia a la misma.

Si decimos que un terreno tiene una resistencia de 5

ton/m2 (cinco toneladas por metro cuadrado), indicamos

que soportará una carga máxima de cinco toneladas por

cada metro cuadrado. Al sobrepasarse las 5 toneladas, el

terreno tenderá a hundirse.

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El capítulo referente a estudios preliminares describe e

identifica los tres grandes grupos de suelos: blando,

mediano y duro.

Técnicamente, la capacidad de carga se puede investi-

gar para obtener la solución de la cimentación que se va

a emplear. Todo tipo de terreno tiene diferentes mate-

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Figura 9-2. Resistencia del suelo donde se quiere construir.

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riales, los cuales se clasifican según su tamaño y resisten-

cia.

Clasificación granulométrica

del terreno

Limos 1 mm

Arenas 1 a 3.5 mm

Gravilla o granzón 3.5 a 10 mm

Grava tamaño máximo 10 a 38 mm

Cantos rodados 38 mm

Clasificación del terreno por su cohesión

Terrenos suaves

Resistencia

Terrenos del valle de México 2 a 5 ton/m2

Terreno de aluvión (depósito arcilloso-arena) 5 a 10 ton/m2

Tierra firme y seca natural 10 ton/m2

Arcillas blandas (sustancia mineral impermeable y

plástica, barro)10 a 15 ton/m2

Arena limpia y seca en lechos naturales confinados 20 ton/m2

Arena compacta 40 ton/m2

Arena compacta confinada conglutinada 40 ton/m2

Terrenos duros

Gravas y arenas mezcladas con arcilla seca

Resistencia

40 a 60 ton/m2

Esquistos o rocas compuestas o conglomerados 80 a 100 ton/m2

Piedra arenisca en lechos compactos 200 ton/m2

Piedra caliza en lechos compactos 250 ton/m2

Roca granítica 300 ton/m2

(Los coeficientes dados son de trabajo)

Si el terreno es de clasificación suave y además se ubica en

zona de muy alta o alta sismicidad, lo aconsejable es apo-

yarse en las autoridades locales de obras públicas, o en un

profesionista en materia de construcción (arquitecto o

ingeniero civil), a fin de obtener una solución segura para la

vivienda que se va a construir.

La cimentación es el elemento estructural que soporta el

peso de la construcción y transmite las cargas al terreno en

que se encuentra, en una forma estable y segura.

El tipo de cimentación depende del tipo de terreno (resis-

tencia), la pendiente del mismo, las cargas a transmitir, los

materiales y los sistemas constructivos. Los tipos de

cimentación superficial más comunes son :

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Tipos de cimentación

Con los elementos vistos anteriormente , estamos ahora en

posibilidad de conocer en detalle la construcción de los

cimientos para una casa. Existen otros tipos de cimenta-

ción además de los que se proponen, los cuales no son

apropiados a los prototipos arquitectónicos sugeridos.

La zapata

Sirve para transmitir al suelo las cargas y el peso soporta-

dos por el muro.

Sus dimensiones y armados varían según el tipo de suelo y

las cargas que resiste.

Las zapatas se construyen normalmente centradas en el

eje del muro (figura 9-3 a), pero en los casos donde hay

colindancia con otra casa es necesario construirlas hacia

un solo lado del muro (figura 9-3 b).

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Figura 9-3.

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Figura 9-4. Para alturas de 2 m deberá utilizarse, en lugar del enrase, un muro de contención de concreto armado.

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Zapatas corridas de concreto armado

Estos cimientos constituyen un apoyo continuo bajo los

muros a la vez que forman una retícula rígida en la base

de la casa que le da solidez y le permite a todos los

muros formar una sola unidad. Las zapatas están forma-

das por dos elementos: zapata y trabe de repartición.

(ver figura 9-5).

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La cadena o trabe de repartición tiene como función ligar o unir los muros en su base formando una retícula. Lo más conveniente será que esta retícula esté formadapor rectángulos cerrados.

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Figura 9-5 Para lograr la integración deseada de la retícula de cimentación es necesario que las trabes de cimentación se unan en las esquinas o en las cruces como seindica (los anclajes en escuadra y dobleces se tratan en un capítulo aparte).

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Características recomendadas para dimensiones y armado de zapatas corridas

Zapata central

Suelo blando Suelo medio Suelo duro

Casa de un

piso

Casa de dos

pisos

Casa de un

piso

Casa de dos

pisos

Casa de un

piso

Casa de dos

pisos

Ancho A cm 100 180 60 80 60 60

Peralte B cm 15 25 15 20 15 15

Alternativa 1.

Armado con

varilla grado 42

Armado C #3E20 #3E15 #3E20 #3E15 #3E20 #3E20

Armado D #3E30 #3E30 #3E30 #3E30 #3E30 #3E30

Alternativa 2.

Armado con

varilla 6000

Armado C 516 @ 20 5

16 @ 15 516 @ 20 5

16 @ 15 516 @ 20 5

16 @ 20

Armado D 516 @ 30 5

16 @ 30 516 @ 30 5

16 @ 30 516 @ 30 5

16 @ 30

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Figura 9-6. Zapata central

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ZAPATA DE COLINDANCIA

Suelo blando Suelo medio Suelo duro

Casa de un pisoCasa de dos

pisosCasa de un piso

Casa de dos

pisosCasa de un piso

Casa de dos

pisos

Ancho A

cm100 150 60 80 60 60

Peralte B

cm20 30 20 25 20 20

Alternativa 1.

Armado con

varilla grado 42

Armado C #3E15 #3E10 #3E15 #3E10 #3E15 #3E15

Armado D #3E30 #3E30 #3E30 #3E30 #3E30 #3E30

Alternativa 2.

Armado con

varilla 6000

Armado C 516 @ 15 5

16 @ 10 516 @ 15 5

16 @ 10 516 @ 15 5

16 @ 15

Armado D 516 @ 30 5

16 @ 30 516 @ 30 5

16 @ 30 516 @ 30 5

16 @ 30

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Figura 9-7. Zapata de colindancia.

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Para asegurarse de que durante el colado de la zapata no

se contamine el concreto o el suelo absorba el agua de la

mezcla, es conveniente construir una plantilla que haga las

veces de molde por la parte inferior (figura 9-11).

La plantilla puede construirse con una mezcla de concreto

muy pobre o bien con pedacería de piedras o tabiques api-

sonados (figuras 9-8, 9-9 y 9-10).

En el caso de que, por la pendiente del terreno, sea necesa-

rio hacer escalonamientos en la cimentación, siempre

deberá apoyarse esta última sobre suelo firme. Se ocasio-

narían problemas graves a la casa si una parte de la cimen-

tación se apoyará sobre un suelo diferente a aquel donde

se apoya el resto (figura 9-12). Los escalonamientos de la

zapata y la trabe de coronamiento podrán hacerse en los

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Figura 9-8.Plantilla de concreto pobre. Figura 9-9. Plantilla de pedacería de piedra.. Figura 9-10. Plantilla de tabiques apisonados.

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castillos, los cuales tendrán que desplantarse desde el

cimiento más bajo (figura 9-13).

Los castillos deberán siempre anclarse en la parte más

baja de la cimentación, es decir, en la cadena de reparti-

ción. Su armado deberá colocarse antes del colado de las

zapatas.

Será necesario planear los lugares por donde las tuberías

de instalaciones atraviesen las zapatas para que durante

su colado se deje un hueco con el respectivo refuerzo.

Es muy conveniente impermeabilizar las coronas de las

zapatas para evitar humedad y salitre en los muros.

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Figura 9-11. El concreto no debe contaminarse con el suelo ni el suelo debeabsorber agua de la mezcla.

Figura 9-12. El apoyo sobre suelo diferente causa problemas.

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Figura 9-13. Castillos.

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Zapatas de piedra

Los cimientos son los apoyos que sirven para tomar el peso

de la vivienda y transmitirlo al suelo en una mayor área de

manera uniforme.

Los hay aislados (para columnas) y corridos (para muros);

también pueden ser interiores (sus dos parámetros inclina-

dos) y colindantes (con un paramento vertical).

La medidas del cimiento dependen de la resistencia de

terreno y del peso de la vivienda. La ayuda técnica nos pro-

porcionará la clase y las medidas de los cimientos que se

emplearán.

Lo mejor será que toda la trabe de repartición sea colada

de concreto junto con la zapata, pero si se requiere mayor

economía en la construcción para profundidades de des-

plante mayores de 60 cm, puede utilizarse un enrase con

bloques huecos de concreto y una segunda cadena de

repartición más pequeña al nivel del piso.

Esta segunda cadena podrá omitirse si la casa está sobre

suelo firme y no está localizada en zona sísmica. Los hue-

cos de block en el enrase deberán rellenarse con concreto.

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Figura 9-14. Es muy importante impermeabilizar las coronas de la zapata para evitar humedad y salitre en los muros.

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Zapatas con block o losas de cimentación

Para moldear la zapata corrida, previamente se tendrán los

niveles de desplante, las alturas de la zapata y contratrabe.

Cuanto más profunda sea la cimentación, el ancho de la

cepa tendrá más dimensión, para poder maniobrar sin difi-

cultad en la elaboración de la cimbra.

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Figura 9-15. Zapatas con block o losas de cimentación

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Cimbras

Las cimbras o moldes se realizan con madera, por su facili-

dad de manejo para dar la forma deseada.

La cimbra de madera que está en contacto directo con el

concreto puede ser usada de cuatro a seis veces, También

se puede usar triplay, fibracel, metal, etcétera.

Para usar los llamados cajones hechos a base de tabla de

2.5 cm. (1”) de espesor y con refuerzos laterales con tabla

de 3.81 cm (1/2”) en tamaños alrededor de un metro. Este

tipo de piezas evita el desperdicio de madera, ya que no hay

que estar cortando continuamente.

Zapata y trabe de concreto

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Figura 9-16. Zapata y trabe de concreto.

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Uso de cajones prefabricados

Al cimbrar se verifican las medidas de la cimentación

requerida, la nivelación (con burbuja) de las piezas así

como el plomo, y previamente se habrá revisado el armado.

La cimbra puede deformarse sin desarmarse debido a los

esfuerzos que soporta durante el vaciado del concreto.

Cada uno de los elementos que forman el molde deberán

estar perfectamente unidos y rígidos, con las separaciones

y dimensiones correctas.

Perspectiva

• Estacas de 2” x 2” cada 50 cm

• Tablas de 4” u 8” por 1”de espesor

• Polines de 4” x 4”

• Separadores de 112” x 4” a cada 60 cm

• Cajones de tabla o duela

• Troqueles de 112” x 4” a cada 70 cm

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Figura 9-17.

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Figura 9-18.

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Tensores

La altura y la sección son dos aspectos importantes a con-

siderar en el reforzamiento de la cimbra. Sobre esta base

hay que elegir los puntos de ubicación de los refuerzos

para resistir los empujes del concreto sobre los cachetes,

los que aumentan de arriba hacia abajo . (figura 9-19. a)

Los empujes del concreto son mayores en la parte baja, y

para contrarrestarlos se rigidizará la cimbra con tensores

y separadores a lo largo de la altura.

Los tensores son una solución económica y eficaz , para

impedir la separación de los tableros (cachetes) ante el

empuje del concreto.

Dependiendo del esfuerzo que van a resistir se hacen de

alambre o de varilla (1/4").

Para reducir las secciones de la cimbra se ponen los tenso-

res y separadores en los tableros.

Los separadores evitarán que se cierren los tableros por

efecto de los tensores (véase la figura 9-19. b ).

Los separadores se han de colocar en la zona donde van los

tensores, y deben coincidir con las costillas del cimbrado

(atiesadores).

Los separadores pueden ser interiores, pueden ser a base

de varilla o varilla roscada.

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Figura 9-19. a) Presión del concreto sobre la cimbra b) Tensores y separadores de cimbra

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Zapatas corridas de concreto ciclópeo

Es igualmente aplicada en los casos donde se decida utili-

zar zapatas corridas de concreto armado, sólo que ofrece

mayores ventajas en economía de materiales y rapidez de

ejecución para aquellos terrenos donde exista disponibili-

dad de piedra con tamaños entre 10 y 30 centímetros.

Sin llegar a ser una mampostería de piedra, el concreto

ciclópeo se construye vaciando el concreto en la cepa, y las

piedras se colocan en forma uniforme sin llegar a saturar-

lo. Es muy importante que el concreto se coloque antes que

las piedras para evitar que se formen huecos en él.

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Figura 9-20. Zapatas corridas de concreto ciclópeo

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Cadena o trabe de repartición

Igual que en las zapatas, tiene como función unir o ligar los

muros en su base formando una retícula, la cual deberá for-

mar rectángulos cerrados.(ver uniones de las cadenas en

la parte de zapatas.)

También existen castillos armados soldados de fábrica

conocidos como ‘‘castillos electrosoldados’’. Le proporcio-

nan a la cadena de repartición la misma resistencia que si

se emplean armados tradicionales, con la ventaja de que es

más fácil de instalar, rápido y es más económico. Este pro-

ducto se solicita con los distribuidores de materiales como

‘‘castillo electrosoldado’’ 15-25-4.

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Figura 9-21. La cadena de repartición puede armarse con varilla o con castilloelectrosoldado y tendrá las siguientes dimensiones y armado.

Figura 9-22 Anclaje de castillo en cadena de repartición.

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Figura 9-23. Planta retícula cerrada.

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Figura 9-24. Las dimensiones de la cadena o trabe de repartición en este caso serán siempre las mismas.

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Figura 9-25.

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Figura 9-26. Se indican los armados sólo para desplante sobre suelos blandos, porque para suelos medios o duros será más económico utilizar zapatas.

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Losa de cimentación

La losa se construirá con concreto reforzado con varillas o

con malla soldada y se colará al mismo tiempo que las

cadenas de repartición.

El desplante de la losa se hará siempre sobre material

resistente. Si la topografía del suelo es irregular o existen

zonas de material malo o poco resistente como cascajo o

escombro, suelos con materia vegetal u orgánica, etc., se

deberán retirar estos materiales y rellenar con tepetate

compactado en capas de 20 cm (véase rellenos en zonas

bajas o cuencas).

En las zapatas, se construirá igualmente una plantilla para

evitar que se contamine el concreto durante el colado.

La losa deberá armarse con varillas o con malla electrosol-

dada (la malla de tipo gallinero no sirve para este refuer-

zo), y es muy importante que las varillas o la malla se man-

tengan en su posición antes y durante el colado, porque en

el proceso de construcción se camina sobre ellas. Para

lograr que la posición del armado superior no cambie se

colocan silletas hechas con varilla de desperdicio, y debe-

rán ser cortadas y dobladas a la medida de la losa.

Para el refuerzo inferior se pueden utilizar calzas o tacones

hechos de piedra laja, concreto, pedazos de varilla de des-

perdicio amarrados, etcétera.

La cantidad de silletas y calzas dependerá del grosor de las

varillas, y se sugiere lo siguiente:

Separación de calzas y silletas

Varilla núm. 4 @ 100 x 100

Varilla núm. 3 @ 50 x 50

Malla soldada 66-66 @ 60 x 60

Centro de tableros es igual al armado en lecho alto.

Ejes de carga (muros y contratrabes) es igual en lecho bajo.

La losa se armará en dos lechos de refuerzo.

El lecho superior se colocará corrido entre las cadenas de

repartición y ésta al centro del tablero, y el lecho inferior se

colocará con bastones bajo las cadenas de repartición y

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está en los ejes de carga. Estos dos lechos se colocarán en

las dos dimensiones formando una parrilla, cuando se usan

varillas para el armado del lecho superior.

Este tipo de cimentación es, sin duda, menos económico

que los revisados anteriormente. Las losas de cimentación

se emplean sólo cuando es necesario transmitir al suelo

esfuerzos de poca magnitud, por ejemplo, en suelos muy

blandos o deformables con alto contenido de agua donde

esfuerzos altos en el suelo producirán hundimientos impor-

tantes, o cuando en conjuntos se requiera por economía

niveles, rellenos y compactación con maquinaria.

La función de la losa de cimentación es formar una placa

que soporte toda la estructura de la casa sobre ella. Está

formada por cadenas o trabes de repartición y la propia

losa.

Preparación para instalaciones

Antes de empezar la construcción de los cimientos de una

casa, es necesario hacer el trazo de las líneas por donde

van a pasar los tubos de drenaje, es decir, que se dejarán

los huecos o pasos para el drenaje de la tubería.

El trazo del drenaje debe hacerse desde el baño, cocina y

registro, hasta el lugar por donde sale el drenaje a la calle. La

línea del drenaje debe estar trazada de la manera más recta

posible. El drenaje debe situarse en el patio o pasillo exterior.

Hay que marcar los sitios donde van a estar los registros,

así como tomar en cuenta que debe haber una distancia de

10 metros máximo entre ellos. Se deben señalar aquellos

puntos donde haya algún cambio de dirección del drenaje

también es necesario ubicar un registro a un metro de dis-

tancia entre el límite del terreno y la calle.

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