1. GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIÓN
El cimiento es un elemento constructivo que es-tá formado por dos subcomponentes: el terreno yla infraestructura. Ambos deben dar respuesta a losesfuerzos que les transmite la edificación y, en sucaso, el entorno del edificio durante la vida útil deéste sin que por su causa se originen deterioros,garantizando el grado de fiabilidad que exija lanormativa. Se trata de un elemento constructivo en-terrado que habitualmente permanece oculto y noinfluye en los aspectos estéticos y de diseño, aun-que indirectamente puede afectar a los mismos.
La elección de este sistema constructivo se habasado tradicionalmente en la experiencia, en da-tos empíricos. El cimiento se realizaba de modoanálogo al de otras obras ya ejecutadas con ante-rioridad de características similares cuya descrip-ción solía aparecer en algunos libros y tratados. Esevidente que este empirismo no era garantía de ob-tención de la solución óptima desde el punto de vis-ta técnico, ni económico. El cambio de método seinicia a partir del año 1925 con la publicación dela “Erdbaumecanik” de Karl Terzaghi y comienza aconsolidarse y a iniciarse la Geotecnia, con la pu-blicación en el año 1943 de la “Mecánica teóricade los suelos” del mismo autor. Comienzan enton-ces a cobrar importancia los laboratorios y los mé-todos de reconocimiento de terrenos que tienen porobjeto su clasificación y el conocimiento de sus pro-piedades físicas, mecánicas y físico-químicas.
El empirismo, la experiencia y el “ojo clínico”,eran aún, en los comienzos de la década de losaños 60, los métodos más empleados que dicta-ban la elección del tipo de cimiento y con los quese fijaba la capacidad portante del terreno. En es-ta época,por el contrario, se empezaba a dargran importancia al “estudio geotécnico” y se co-menzaba a valorar su necesidad para garantizarla seguridad y optimar el coste del cimiento.
Figura 1.1Cimiento de un muro por medio de pilotes
36 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
cala hasta la profundidad deseada, tiro elduro al aire y escucho el ruido que produ-ce al golpear el fondo: si es “clik” asignoal terreno una resistencia de 1 kp/cm2; sies “clok” establezco que la resistencia esde 2 kp/cm2”.
El comentario del Director del estudio fue toma-do como una broma simpática por parte de losasistentes, aunque la realidad es que el técnico lohabía expuesto con total seriedad.
1.2 NOCIONES DE GEOLOGÍA
La Geología estudia los materiales que consti-tuyen la parte observable del globo terrestre, asícomo el orden en que aquellos están repartidosen el tiempo y en el espacio; su fin esencial es lahistoria de la Tierra y su evolución. Se trata por lotanto de la ciencia de la Tierra.
La Geología abarca partes importantes de laGeofísica, que estudia la física de la Tierra (tan-to de la corteza como de su interior), de la Lim-nología que es la ciencia del agua dulce (ríos ylagos) y de la Oceanografía o ciencia de losocéanos; a su vez, está íntimamente relacionadacon la Mineralogía o ciencia de los minerales ycon la Paleontología, que estudia los organismosdesaparecidos cuyos rastros o vestigios se en-cuentran fosilizados.
Otras ciencias con las que la Geologíacomparte contenidos son: la Petrología, que es-tudia la formación de las rocas; la Petrografía oLitología, que se dedica a la descripción de lasmismas en lo que se refiere a su aspecto, estruc-tura y composición mineral; la Geoquímica, queanaliza la composición química de las rocas; laGeología Histórica, cuya finalidad es la recons-titución del estado del globo en las diferentesépocas geológicas y la Física Nuclear, que ofre-ce métodos para la determinación de la edadde la Tierra, estimada de cuatro a cinco mil mi-llones de años (4 a 5 · 10
9años).
Se celebraban numerosas conferencias de di-vulgación. Una de ellas, que tuvo lugar en Torre-molinos (Málaga), fue dictada por un experto yameno Ingeniero de Caminos. Había gran expec-tación e interés por lo que la asistencia a dichaconferencia fue muy numerosa. Al final se estable-ció un coloquio muy interesante que contó congran participación por parte del público asistente.En un momento dado intervino el Director de un im-portante estudio de proyectos y dijo:
“Me parece interesantísimo lo que se haexpuesto en la conferencia, pero yo utilizoun método que no me falla. Tengo una mo-neda de plata de cinco pesetas (el clásicoduro ya desaparecido), hago una pequeña
0
-8
-17-22-25
-37
α α = 5o 12' 42''
19,58 m
23,2 m W = 14,486 T
58,4 m
Arenas y limos convetas arcillosas
Arcilla superior
Arcilla intermediaArena
Arcilla inferior
NF
5 T/m2
W
Figura 1.2 Torre de Pisa. Bulbo de presiones
1.2.1 Eras geológicas
Para facilitar el estudio de los tiempos geológi-cos, en la figura 1.3 se presenta la corresponden-cia entre las grandes divisiones del tiempo y de laestratigrafía. Los grupos y las eras tradicionalmentereconocidos se recogen en la figura 1.4.
Como resumen se ofrecen las figuras 1.5 y 1.6,que recoge periodos y tiempos junto a las caracte-rísticas litológicas dominantes en cada uno de ellos.
1.2.2 Geología Histórica y Paleografía
La Geología Histórica y la Paleografía se de-dican a la reconstitución del estado del globo enlas diferentes eras geológicas: Arcaica o Arqueo-zoica (hasta hace 830 millones de años), Algón-quina (hasta hace 570 millones de años), Paleo-zoica o Primaria (hasta hace 225 millones deaños), Mesozoica o Secundaria (hasta hace 70millones de años), Cenozoica o Terciaria (que ter-minó hace 2 millones de años) y Cuaternaria, tam-bien llamada Neozoico o Antropozoico, que es laépoca geológica en la que vivimos.
1.2.3 Geología Dinámica. Tectónica. Estratigrafía
La Geología Dinámica se encarga de estudiarlos fenómenos que modifican la corteza terrestre.Dentro de ella se encuentran la Tectónica, que ana-liza las deformaciones de la corteza terrestre bajola acción de fuerzas internas, y la Estratigrafía, queestudia la disposición de las rocas sedimentariasestratificadas, analizando los estratos arqueológi-cos, la disposición seriada de las rocas sedimenta-rias de un terreno o formación, las condiciones desedimentación y la edad de los estratos.
1.2.4 Edafología
La Edafología se ocupa especialmente de la ca-pa superior de la corteza terrestre utilizada por lasraíces de las plantas, cuyos constituyentes son mate-ria orgánica y materia viva (insectos y bacterias). Es-ta capa es despreciada por los geotécnicos.
1.2.5 Geotecnia
La Geotecnia es la ciencia que se ocupadel estudio de las modificaciones que producenlas construcciones humanas en los estados deequilibrio y tensión de las capas de corteza te-rrestre.
Analizados desde el punto de vista geotéc-nico, los materiales que forman la corteza te-rrestre se dividen en dos grandes categorías: te-rrenos y rocas; a su vez, estos son objeto de es-tudio por parte de dos ciencias: la Mecánicadel Terreno y la Mecánica de las Rocas. La dis-ciplina compuesta por la unión de ambas sedenomina Geotecnia.
La Mecánica del Terreno estudia las propie-dades mecánicas, físicas e hidráulicas de losterrenos desde el punto de vista de su aplica-ción a la construcción.
Era cronológica
Era
Periodo
Época
Edad
Zona
Clasificaciónestratigráfica
Grupo
Sistema
Serie
Piso
Hilada y capa
Eras
Precámbrica o Arcaica
Primaria
Secundaria
Terciaria
Cuaternaria
Grupos
Agnostozoico o Arqueozoico
Paleozoico
Mesozoico
Cenozoico
Neozoico o Antropozoico
Figura 1.3Relacionesentre erascronológicas yclasificacionesestratigráficas
Figura 1.4 Grupos y erastradicionales
GENERALIDADES 37
Figura 1.5Evolución de la
Tierra
Figura 1.6Resumen de
eras geológicasy litologías
dominantes
Al menos cuatroplegamientos tectónicos
Plegamientoscaledolíanos
Plegamientoshercinianos o
variscos
Animales unicelulares Animales pluricelulares simples Invertebrados PecesAnimalesterrestresprimitivos
Cám
bric
o80
mill.
Ord
ovic
ense
80 m
ill.
Silú
rico
40 m
ill.
Dev
ónic
o40
mill.
Car
boní
fero
80 m
ill.
1000 900 800 700 600 500 400 300
Karelio Algonquino Paleozóico
600a
570
225a
190
72
2
38 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
EraInicio Fin
(millones de años)Tipos de Terreno
Arenisca TorridónRocas detríticas poco seleccionadas
Pizarras, cuarcitasCuarcita, pizarrasPizarras"Old red sandstone". Arrecifes calizosCalizas, areniscas, carbón, pizarras"New red sandstone". Rocas salinasAreniscas rojas, calizas dolomíticas, arcillas y yesíferas
Calizas y margasCalizas (creta)
AreniscasConglomerados. Calizas nummulíticas
Caliza pontiense
RañaMorrenas, varvas, loess, terrazasDetrítica
4.000a
6.000
600a
570
225a
190
72
2
Duracióndel periodo
(millones de años)4.400
a3.400
70703050605035
365 a 375
4570
140 a 160
27111812
60 a 70
20,025
ComponentesBásicos
—
CuarcitasPizarrasAreniscas yCalizas
Calcáreas
—
CalizasMargasArcillasConglomeradosAreniscasYesos y sales
Detrítica sueltaActual
GENERALIDADES 39
1.2.6 El globo terrestre
Supuesto el globo terrestre sensiblemente es-feroidal, cabe distinguir en su masa tres zonas(figura 1.7):
• Núcleo: zona central (contenida dentro deuna esfera de aproximadamente 3.466km de radio) compuesta por materiales depropiedades metálicas y densidad muyelevada.
• Manto: capa formada por roca densa, cu-yo espesor aproximado es de 2.888 km;está limitada en el interior por la superficiedel núcleo y en el exterior por la denomi-nada “Discontinuidad de Mohorovicic”que la separa de la corteza terrestre.
• Corteza: es la capa más delgada, de 12a 35 km de espesor; está situada sobre lacitada discontinuidad, siendo su límite su-perior la hidrosfera o la atmósfera. De suestudio se ocupa la Geotecnia.
En la figura 1.8 se representan una serie dedatos sobre generalidades del globo terrestre.
Plegamientosalpinos
Animalesterrestresprimitivos
Reptiles Mamíferos Hombre
Pérm
ico
30 m
ill.
Triá
sico
30 m
ill.Ju
rásic
o30
mill.
Cre
táci
co70
mill.
Terc
iario
60 m
ill.
Cua
tern
ario
1 m
ill.
200 100 0
Paleoz. Mesozóico Cenozóico
SISTEMAS
ERAS
TIEMPO EN MILLONES DE AÑOS
Océano Pacífico
Indonesia
Océano Índico
AméricadelSur
Océano Atlántico
África
NUCLEO-- 3466 km-- 2888 km--
12 km a
35 km
Radio -- 6366 km
MANTO
CORTEZA
Discontinuidad de Mohorovicic
Figura 1.7Esquema del globo terrestre
1.2.7 Geología de España
En el territorio español pueden distinguirse treszonas diferenciadas que están representadas en lafigura 1.9:
• Sistema de montañas periférico de alturamedia-alta.
• Meseta Central, que constituye aproxi-madamente el 75% de la superficie deEspaña e influye considerablemente ensu altitud media, 660 m (esta magnitudes mayor que la de Francia, 300 m,aunque este país tiene montañas de ma-yor altura).
• Grandes llanuras, entre las cuales las másimportantes son las depresiones del Gua-dalquivir y del Ebro. Su formación es an-terior a la de la Meseta Central y estáncolmadas de sedimentos modernos y pro-fundos.
En función de los terrenos que se observan enel paisaje cabe distinguir las siguientes zonas:
Figura 1.9Distribución de terrenos en la Península Ibérica
MACIZO HERCINIANO DE LA MESETA
DEPRESIONES TERCIARIAS DE LA MESETA
REBORDES ALPINOS DE LA MESETA
DEPRESIONES PERIFERICAS
CORDILLERAS ALPINAS
PRINCIPALES ALINEACIONES MONTAÑOSAS
PIRINEOS
CORDILLERA CANTABRICAMACIZO GALLEGO
RIO EBRORIO DUERO
CORDILLERA CENTRAL
MONTES DE TOLEDORIO TAJO
RIO GUADIANA
RIO GUADALQUIVIR
CORDILLERAS BETICAS
ISLAS BALEARES
CORDILLERAIBERICA
MACIZOCATALAN
Núcleo interior (NIFE)Núcleo exterior (NIFE)Manto (SIMA)Corteza (SIAL)
Figura 1.8Datos del globo terrestre
Densidad(g/cm2)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
00 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Profundidad crecientebajo la superficie (km)
Superficie terrestre Centro de la Tierra
Presión(105 Mpa)
4
10
8
7
6
5
4
3
2
1
3
2
1
Gravitación(m/s2 )
2000
1500
1000
500
Nucleo exterior Nucleo interior 9(NIFE) (NIFE)
Manto(SIMA)
Gravitación
Temperatura
Densidad
Presión
Temperatura(oC)
40 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
a
Ecuador r1
r2
Plano de la eclíptica
23o25
a = 10.002,3 KmDensidad media de laTierra = 5,52 g/cm3
Masa de la Tierra = 6 . 1022 kNr1 = 6.356,9 kmr2 = 6.378,4 km
GENERALIDADES 41
LISBOA
SEVILLA
MADRID
BARCELONA
VALENCIA
TERRENOS SILÍCEOS
TERRENOS CALIZOS
TERRENOS ARCILLOSOS
• España arcillosa: corresponde a terrenosterciarios y cuaternarios, dispuestos nor-malmente en bancos horizontales, que nohan sido afectados por plegamientos mo-dernos. Ocupa las mesetas de las dosCastillas y las depresiones del Ebro y delGuadalquivir.
• España caliza: compuesta por terrenosde la Era Secundaria que normalmenteestán formados por macizos de grandesespesores de rocas calizas blanco-grisá-ceas. Ocupa una zona que en la parteseptentrional, discurre desde Gerona has-ta Asturias y desciende por el SistemaIbérico hasta unirse con las sierras sub-béticas.
• España silícea: compuesta por terrenosprimarios. Está formada por granitos, pi-zarras y cuarcitas. Ocupa la parte occi-dental y noroeste, es decir, las zonas deExtremadura, Andalucía y Galicia-León.
En la figura 1.11, que se muestra en laspáginas siguientes, se pueden apreciar la distri-bución de los terrenos en las distintas edadesgeológicas y las facies litológicas de los mis-mos en la Península Ibérica.
1.3 DEFINICIONES
Con objeto de aclarar conceptos, es preci-so proceder previamente a la definición de al-gunos términos que serán muy usados en el pre-sente manual y que pueden dar lugar a confu-siones por la costumbre de aplicarlos de mane-ra incorrecta.
Cimentación: “acción y efecto de cimentar”.Cimentar: “poner los cimientos de un edificio”.Cimiento: “parte del edificio que está debajo
de la tierra y sobre el que estriba toda la fábrica”.Estribar: “descansar el peso de una cosa en
otra sólida y firme”.
Tierra: “terreno sólido. Materia inorgánicade la que principalmente se compone el terrenonatural”.
Suelo: “superficie de la tierra. Sitio o solarde un edificio. Terreno en que viven o pueden vi-vir las plantas. Superficie artificial que se hacepara que el piso esté sólido y llano”.
De acuerdo con esta última definición, enel presente manual se prescindirá de la pala-bra "suelo" y en su lugar se utilizará la palabra"terreno" para referirse al material sobre el quedescansa la edificación.
El concepto de suelo debe entenderse refe-rido a una superficie: como tal no es válidopara cimentar, no es un sólido, y como terrenoen que viven o pueden vivir las plantas tampo-co interesan a las materias que son objeto deeste manual.
Figura 1.10El roquedo en la Península Ibérica
Figura 1.11Distribución delos terrenos en
las distintasedades
geológicas yfacies litológicas
de los mismosen España
FACIES LITOLÓGICA
Gneis micácico y granítico MicacitasPizarras cloriticasInserciones arcillosas
Arcillas azulesCalizas y pizarrasPizarras verdosas
CalizasPizarras, areniscas, cuarcitas.En algunos lugares cuarcita ar-moricana
Carbón y facies terrigenos
Areniscas y margas de color rojo
Margas abigarradas a veces yesíferas. En ocasiones, ofitasCalizasAreniscas rojas o rodenos
Margas, calizas margosas Calizas e incluso dolomias
Caliza margosa
Cámbrico• Posdamiense• Acadiense• Georgiense
Silúrico• Gotlandés• Ordovicense
Devónico
Carbonífero• Westfaliense• Dinantiense
Pérmico
Triásico• Superior o
Neuper• Medio o
Muschelkalk• Inferior o
Buntsandstein
Jurásico• Malm• Dogger• Lias
Cretácico• Marina
Primariao
Paleozóica
Mesozóica
ERA PERIODO
Arcáica
UBICACIÓN
Regiones galáico-leonesa y ex-tremeño-andaluza
Manchas en:• Galicia• León• Asturias• Pirineos• Cordillera costera catalana• Extremadura
Grandes extensiones en el noroesteGrandes espesores:• Suroeste• Centro plegado• Existen también en el Moncayo• Sierra de la Demanda
Asturias y LeónAlgo en Pirineos
Asturias, León, Palencia Puertollano (Ciudad Real)Peñarroya (Córdoba)
Poca superficie en el Pirineo ca-talán y aragonés
Afloramientos numerosos de pe-queña extensión
Areas muy reducidas
Pirineos catalanes, costa de Le-vante, cordilleras Penibéticas ySub-béticas
42 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
GENERALIDADES 43
FACIES LITOLÓGICA
Muy arenoso, margas y calizasArenosaCalizas potentes, margosas y arenosas
Calizas y margas
Calizas y margas azules
Formación de lagos con series potentes de sedimentosSalesMargas, areniscas rojas y gri-ses. Conglomerados
Areniscas, margas, molasas yconglomerados
Calizas, arcillas, margas y yesos
Arenas y margas arenosas
Depósitos marinos, formaciones terrigenas, morrenas, sedi-mentos eólicos y terrazas porarrastre fluvial.
Arrastre fluvial
Cretácico• Litoral de flysch
• Wealdensesuperior
Terciario• Eoceno o
Nummulítico• Inferior,
Paleógeno ypresiente
• Medio Lutociense.Superior (tres pisos)- Auvergiense- Bartoniense- Ludiense
Oligoceno• Sannoisiense
Mioceno• Marina
• Lacustre
Plioceno
• Marina
• Lacustre
Cuaternario
• Pleistoceno o Diluvial
• Holoceno o Aluvial
Secundariao
Mesozóica
Terciariao
Cenozóica
Cuaternario
ERA PERIODO UBICACIÓN
Litoral cantábrico y algún tramo continentalContinentalLos sedimentos son potentes en toda España; en grado máximoen Castilla la Vieja
Los afloramientos más importan-tes se dan en el norte de lacuenca del Ebro desde Navarraa Cataluña
Toda la península quedó ro-deada por el mar Oligoceno
Yacimientos de Suria y Cardona
Dos zonas:• Sur y Oeste - marina• Centro y Norte - Lacustre
• Marino: poco representado enEspaña, repartido a lo largode las costas. Ampurdán, Al-mería y penetra por el valle delGuadalquivir hasta Sevilla.
• Lacustre: lagunas del interior, aveces cubiertas por el Cua-ternario
A lo largo de las costas actuales
Desembocaduras de los ríos Ebro y Guadalquivir
lagos o cuencas cerradas se depositaron materia-les detríticos de las zonas próximas, como sucedióen el valle del Ebro. En los siguientes apartadosse tratan algunos conceptos básicos relaciona-dos con el tema que se trata.
1.4.1 Terreno edáfico
El terreno edáfico es aquél en el que se asien-ta y desarrolla la actividad biológica. En él se pro-ducen los fenómenos más intensos de meteoriza-ción. Su espesor, a partir de la superficie, está limi-tado a 1 ó 2 metros.
1.4.2 Terreno residual
Es el comprendido entre el terreno edáfico y laroca sana o terreno resistente. El espesor de estosterrenos es muy variable, dependiendo de la inten-sidad de la meteorización y de la erosión física:los espesores mayores se encuentran en zonas lla-nas y en rocas muy meteorizadas por su naturalezao por su estado de fisuración.
1.4.3 Terreno transportado
Es aquél que se origina por aluviones por loque también se denomina “terreno aluvial”. No tie-ne nada que ver con el terreno residual.
1.4.4 Diagénesis y metamorfismo
La evolución de los materiales que tienen suorigen en la roca es continua. El conjunto de modi-ficaciones que sufren se engloba bajo la denomi-nación de “diagénesis”.
En la diagénesis influyen:• La presión: peso de las capas que se van
depositando encima y el líquido que contie-nen sus poros.
• La temperatura: variaciones de volumen porcambios térmicos.
• La naturaleza de la fase acuosa intersticial:acidez o alcalinidad y potencial oxidantereductor.
1.4 TERRENO
Se define el “terreno” como un conjunto de ma-sas minerales con origen común o de una mismaépoca; sobre él puede estribar el cimiento.
En función del tamaño de los granos que loscomponen, se distinguen dos grandes grupos oclases de terrenos:
Granulares ≥ 20 μmCohesivos < 20 μm
En la figura 1.12 se recoge una clasificaciónelemental de los terrenos según la dimensión desus partículas. Los terrenos de la Península Ibéricase clasifican en cuatro grupos:
• Situados sobre rocas silíceas o ácidas.• Situados sobre rocas calizas duras.• Margas, sobre rocas calizas blandas.• Otros terrenos tales como tierras negras an-
daluzas y desérticos.
En el proceso natural de formación de terrenos,la erosión tiende a destruir los macizos montañososy los materiales disgregados son arrastrados y de-positados en depresiones por la acción del hielo(sedimentos glaciares) del viento (sedimentos eóli-cos) y del agua (sedimentos fluviales). Estos mate-riales pueden acumularse en continentes (sedimen-tos continentales) o bien en océanos y mares (sedi-mentos marinos). Una clase especial de sedimentoscontinentales son los lacustres depositados en gran-des lagos, que hoy son tierras emergidas. En estos
Bloques rocososBolos, guijarrosGravasArenas
LimosArcillas finasArcillas muy finasColoides (caolini-ta, illita, bentonita)
> 200 mm200 a 20 mm20 a 2 mm2 mm a 50 μm
> 300 mm400 a 60 mm60 a 2 mm2 mm a 60 μm
50 μm a 5 μm5 μm a 2 μm
2 μm a 0,2 μm < 0,2 μm
Figura 1.12Clasificación elemental de los terrenos según las dimensiones de sus partículas
44 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
GENERALIDADES 45
1.5.1 Roca
La Real Academia de la Lengua Española defi-ne la “roca” como aquella "sustancia mineral quepor su extensión forma parte importante de la cor-teza terrestre. Conjunto de minerales, agregadosnaturalmente. Cualquier material mineral que formaparte de la corteza terrestre. Masa concreta muysólida de esta materia". Para el geólogo, las rocasconforman la corteza terrestre y están definidas porsu origen, composición y sistema de cristalización.
En la figura 1.14 (página siguiente) se definenlos minerales componentes de rocas.
1.5.1.1 Clasificación de las rocas por sugénesis
Las rocas se clasifican en ígneas, sedimenta-rias y metamórficas atendiendo a los procesos quelas han generado (figura 1.13).
Las rocas ígneas se forman por enfriamientodel magma en el interior de la corteza terrestre (in-trusivas) o en el exterior (extrusivas o volcánicas).Las rocas sedimentarias tienen su origen en la ero-sión, transporte y posterior precipitación y consoli-dación de material proveniente de otras rocas. Lasrocas metamórficas son el resultado de la modifica-ción de las rocas ígneas y sedimentarias despuésde ser sometidas a procesos de metamorfismo porlas acciones corticales terrestres, fundamentalmentepresión y temperatura.
En las figuras 1.15 a 1.17, se expone la clasi-ficación de los distintos tipos.
La presión origina un fenómeno de consolida-ción que lleva consigo un aumento de resistencia.En ocasiones tiene lugar la recristalización, quesuele conducir a una cementación. Los procesos decementación, efectuados a temperatura ordinaria ypequeña profundidad, se producen por la uniónde partículas debida a la acción de elementos ce-mentantes, entre los cuáles los más abundantes sonel sílice, los carbonatos y los sesquióxidos.
1.5 ROCA MATRIZ
Las tierras, como se ha visto, son pseudo-sóli-dos formados por partículas que proceden de laroca matriz sometida al ciclo erosivo. Un macizorocoso no es una unidad homogénea, sino que es-tá dividido por superficies débiles o litoclasas quelo estructura en bloques; cada uno de éstos estáformado por material de la roca matriz que sueleser más resistente e indeformable que la masa ro-cosa, a la que se denomina “roca”.
En la corteza terrestre predominan dos tiposde rocas:
SIAL: rocas ligeras formadas por silicio y aluminio.SIMA: rocas oscuras pesadas formadas por si-
licio, hierro y magnesio. La lava volcánica proce-dente del manto es una roca de este grupo.
Con respecto a la fracturación que, como seha dicho, es propia de los macizos rocosos hayque definir los siguientes conceptos que condicio-nan la capacidad portante:
Diaclasas: estratos de discontinuidad situadosentre estratos de rocas y terrenos fuertemente con-solidados, donde se producen preferentemente losfenómenos de deslizamiento y erosión.
Buzamiento: inclinación de una capa de terreno.Litoclasas: superficie en la que se ha produci-
do la fracturación de la roca; para su definición,se deben precisar con exactitud: orientación o rum-bo, buzamiento, espaciamiento, espesor, relleno,configuración y área efectiva.
Falla: solución de continuidad debida a movi-mientos geológicos que interrumpen una formación.
Figura 1.13Clasificación general de las rocas
Granitos
Basaltos
Conglomerados, areniscas, lutitas
Calizas, dolomías, rocas evaporíticas
Mármoles y pizarras
Plutónicas
Volcánicas
Detríticas
Químicas
––
Ígneas
Sedimentarias
Metamórficas
Color
Blanco
Rojo a grisclaro
Blanco a gris
Incoloro o gris
Verde a negro
Negro a verde
Negra
Negra o verde
Verde
Negro marróna negro
Amarillo o ver-de a negro
Blancogeneralmente
Brillo
Grasiento
Cristalino
Cristalino
––
Cristalino
––
Cristalina
Cristalino
––
Cristalino
Fractura
Espumosadesigual
Cristalizado;se exfolia alo largo dedos planosortogonales
Cristalizado;tiene dos
planos obli-cuos de ex-foliación
Fácilexfoliación
Planos de exfoliaciónmarcados
Laminar
––
––
––
Cristalizado;se exfolia
fácilmente alo largo detres planos
Dureza(1)
7
6
6
2-2,5
2,5-3
––
5-6
5-6
––
3
Observaciones
––
––
Mezcla70-90% albita
30-10% anortita
––
––
Derivado de labiotita
Frecuentementecristalizado enforma alargada
Formados por losmismos materia-les básicos quela hornblenda
Se parece a laaugita, pero no
contiene Al, ni Fe
––
Son si l icatos de magnesio que cont ienen hierro
Se parece al espato calizo y, al igual que éste, se exfolia fácilmente
Mineral hidratado, transformado del feldespato. Es terroso y plástico con la humedad.Puede absorber hasta un 70% de agua
(1) La dureza corresponde ala escala de Mohs:
9: Corindón10: Diamante
5: Apatito6: Feldespato7: Cuarzo8: Topacio
Potásico KAlSi3O8
microlina y ortosa
Sódicos y cálcicos plagioclasa
NaAlSi3O8 AlbitaCaAl2(SiO4)2 Anortita
Potásica H2KAl3 (SiO4)3moscovita
De magnesio y hierroH2K(MgFe)(Al,Fe)(SiO4)3
Biotita
Clorita
FELDES-PATOS
MICAS
Mineral
Cuarzo SiO2
HornblendaSilicato de magnesio, calcio, alumi-
nio y hierro
Augita
Diópsido
HiperstenaOlivino
Espato calizoCaCO3 Calcita
DolomitaCaMg(CO3)2
CaolinAl2Si2O7+2H2O
Figura 1.14Principales minerales componentes de las rocas
1: Talco2: Yeso3: Calcita (espato calizo)4: Fluorita (espato de flúor)
46 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
GENERALIDADES 47
Mineral
Feldespato potásicoMicrolinaOrtoclasaPlagioclasaCuarzoMica
FeldespatosMicrolinaOrtoclasaPlagioclasa
HornblendaFeldespatos
PlagioclasaHornblendaAugitaOlivinoFeldespatosPlagioclasa
Rocas plutónicas ointrusivas
Granito
Pegmatita
Sienita
Diorita
GabroNorita
Rocas sedimenta-rias o metamórficas
Pórfido de granito oaplita
Pórfido de sienita
Porfidita de hornblenda
Diabasa
Rocas volcánicas oefusivas
PórfidoCuarcífero oliparita
Pórfido de feldespato otraquita
Andesita
DiabasaDe altiplano
Basalto
Rocas ácidas(1)
Rocas básicas(2)
(1) Ricas en ácido salícico. Contienen 65 - 75% de SiO2.(2) Ricas en hierro y magnesio. Pobres en ácido silícico (el basalto no contiene ácido silícico).
(1) Formadas principalmente por precipitación de carbonatos, también de hidratos y silicatos, en agua o por evaporación de ésta.
(2) Estos sedimentos son restos de organismos vegetales y/o animales muertos.(3) Estos sedimentos proceden de rocas pulverizadas preexistentes, que se aglutinan con
un cemento de unión. Según el tamaño de los “clastos” o unidades de sedimentación se clasifican en:
Rutitas: clastos de aspecto rudo, tosco; tamaño de bolos o guijarros; pudingas y conglo-merados.Arenitas: clastos del tamaño de arenas gruesas; grauvacas, arcosas y ortocuarcitas.Lutitas: clastos de tamaño semejante al del lodo; lutitas, arcillas y las generalmente deno-minadas pizarras.
Químicas(1)
Piedra caliza• Dura• Blandas (creta)• Flinita• Caliza dura rica en
magnesio (dolomita)
Clásticas(3)
Cenizas volcánicas• Toba
Arena• Piedra arenisca
Arcilla• Pizarra• Arcilla de alumbre (Pi-
zarra fuertemente con-solidada)
De origen orgánico(2)
Piedra caliza
Carbones minerales
Petróleo
Turba
Figura 1.15Rocas ígneas
Figura 1.16Rocassedimentarias
Figura1.17Rocas metamórficas
GneissLeptitaMármol(1)
Piedras verdes• Basalto• Diabasa• GabroGneis anfibólicos
(1) Piedra caliza limpia que se ha hecho granulosa a cau-sa de la recristalización.
Una vez en el terreno se distinguen dos tipos di-ferentes: aguas superficiales, que discurren sobrela superficie de la Tierra, se canalizan en arro-yos, ríos, o ramblas y desembocan en lagos ymares; aguas subterráneas, que son aquellas in-filtradas en el terreno, o que han quedado inclui-das en los terrenos sedimentarios al producirse eldepósito de sus partículas; en este último caso,se habla de “agua de sedimentación”, que pue-de tomar cuatro formas distintas (figura 1.18):
• Agua de contacto• Agua capilar• Agua freática • Agua de almacenamiento
Se conoce como “agua de contacto” aquellaque está en las capas de terreno superiores a lazona capilar, sin comunicación con las capas infe-riores. El terreno se encuentra sin saturar y, supo-niendo el cero en el valor de la presión atmosféri-ca, su presión es negativa.
El agua capilar asciende por capilaridad apartir de la superficie freática, siendo su altura va-riable en función del tipo de terreno. La presión delagua capilar es negativa.
Se considera agua freática la que se encuentrapor debajo del nivel freático siendo éste “el lugargeométrico de los puntos en los que la presión delagua es igual a la atmosférica”. La presión delagua por debajo del nivel freático es positiva. Estaagua freática está en comunicación continua y suprofundidad está limitada, ya que las altas presio-nes a las que se ve sometido el terreno lo plastifi-can, haciéndolo impermeable. Así, el agua a gran-des profundidades solo puede existir combinadaquímicamente.
Finalmente, se definen como “aguas de alma-cenamiento” las que se encuentran generalmente aprofundidades superiores a los 100 m, en grandescavidades. Puede ser el caso de montañas calizaso yesíferas en cuyo interior se encuentran a vecesgrandes lagos. También se encuentran impregnan-do rocas muy porosas, como el gneis.
1.6 VERTEDEROS
Según la Real Academia de la Lengua Espa-ñola se entiende por “vertedero” aquel "sitio don-de se vierte algo: escombro, basura, residuos noutilizables".
La directiva 75/442/C.E.E. lo define como elemplazamiento de eliminación de residuos que sedestina al depósito de residuos en la superficie obajo tierra. Incluye el emplazamiento de elimina-ción de residuos internos (es decir, el vertedero enel que un productor elimina sus residuos en el lugardonde se producen) y excluye las instalaciones enlas cuáles se descargan los residuos para poderprepararlos para su transporte posterior a otro lu-gar para su valoración, tratamiento o eliminación,así como el depósito temporal (es decir, inferior aun año) de residuos anterior a la valoración, el tra-tamiento o la eliminación.
1.7 AGUAS
Las aguas presentes en el terreno proceden delos agentes meteorológicos: lluvia, nieve y granizo.
Figura 1.18Diferentes tiposde aguassubterráneas
superficie dela capa freática
zona de agua capilar
superficie del terreno sedimentario
1. Agua subterránea y agua capilar 2. Superficie del agua subterráneaa bombear
embudo de hundimiento
3. Ejemplo de la presencia del agua subterránea en las rocas y tierras
terreno rocoso
superficie delagua subterránea
manantialmanantial
pozo
manto freáticosuperficie de la capa freática
terreno sedimentario
48 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
GENERALIDADES 49
1.8 EL CIMIENTO
El cimiento es un elemento constructivo fun-cional constituido por dos sub-componentes: elelemento estructural y el terreno.
El elemento estructural, infraestructura o ci-miento propiamente dicho tiene como función,“recibir, dar respuesta y transmitir al terreno oroca, los esfuerzos que las acciones directas oindirectas, permanentes, variables, accidentalesy/o fortuitas, que se ejercen sobre la estructuraresistente, originan en ella o en el propio ci-miento”.
El terreno o la roca son los sub-componen-tes que han de soportar y dar respuesta a losesfuerzos que les transmite el cimiento durantetoda la vida prevista para la construcción. Lacapacidad portante, o de cálculo, del terrenoserá función de su carga de hundimiento afec-tada por un coeficiente de seguridad o de lacarga límite que origina asientos iguales o me-nores que los admisibles para el tipo de edifi-cación que se trate.
El cimiento, en conjunto, debe cumplir sufunción durante toda la vida prevista para laconstrucción, con el grado de fiabilidad quelas normas señalan, sin que las previsibles va-riaciones puedan ser causa de fenómenos pato-lógicos en aquella.
Tales alteraciones pueden afectar a cual-quiera de los dos subcomponentes y provocardaños importantes en elementos constructivos yestructurales, que pueden alcanzar los estadoslímites de servicio, o el estado límite último.
En cualquier caso, se deben tener en cuen-ta las responsabilidades deontológicas adminis-trativas, civiles y penales a que pueden dar lu-gar estas lesiones, siempre susceptibles de re-ducirse o eliminarse con un proyecto de cimien-tos bien estudiado y una cimentación correcta-mente ejecutada.
Figura 1.20 Costes de reparación de lesiones
423
10
45
PEQUEÑO (< 10% CI)
MEDIO (10% < CI < 30%)
ALTO ( <30% CI)
DEMOLICIÓN
CI: coste inicial
1.8.1 Importancia de la Patología de Cimientos.Costes. Responsabilidad
En un estudio realizado por ASEMAS, en elque se ha analizado la frecuencia de las cau-sas generadoras de 6.184 siniestros que habí-an dado lugar a expedientes de reclamacióndesde 1.984 hasta 1.990 (lo que hace unamedia de 1.030 expedientes anuales), toman-do como variables el coste y la responsabilidaddel arquitecto, se llegó al resultado recogido enla figura 1.19.
O.V.
13725486
Origen de lareclamación
SueloColindantesAccidentesEstructuraEjecuciónProyecto
HumedadesOtros
CosteResponsa-bilidad delarquitecto
O.M.
17358264
O.V.
14735286
O.M.
17836245
Figura 1.19Orden deimportancia delos siniestrosordenados por elcoste y por laresponsabilidaddel Arquitecto
O.V. Obra viva O.M: Obra muerta
50 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
Cómo puede observarse en la figura, el“suelo” (el cimiento), ocupa el primer lugar enlos cuatro casos, en “costo” y “responsabilidaddel Arquitecto”.
En otro estudio más reciente de ASEMAS(diciembre de 1997), que se refleja en las figu-ras 1.21 y 1.22, se aprecia, la “cimentación”figura, en cuanto a número de siniestros, en ter-cer lugar. De 4.024 siniestros estudiados, 522(12,97%) son debidos a fallos de cimientos. Eltotal de siniestros se distribuye en catorce gru-pos, como se indica en la tabla.
Por otro lado, en una encuesta sobre pato-logía de estructuras de hormigón, realizada porla Comisión IV.GT.IV.1 del Grupo Español delHormigón en el año 1992, se reparten los cos-tos de reparación de lesiones en relación conel coste inicial, según se indica en el gráficode la figura 1.21.
No es fácil deducir de este estudio la in-fluencia del fallo del cimiento en los procesospatológicos observados. Sin embargo, anali-zando los gráficos de “localización de lesio-nes", (figura 1.23) y “manifestación de lesio-nes” (figura 1.24), se puede concluir que el fa-llo por asiento del cimiento ha sido la causaprimera de las fisuras que ocupan el primer lu-gar en “manifestaciones” y que su “localiza-ción” puede estar en pilares, vigas, forjados,tabiques y cerramientos.
Tomando como base esta hipótesis y anali-zando las figuras 1.23 y 1.25, se llega a laconclusión de que el mayor costo de repara-ción está originado por fallos de cimientos.
Los datos son lo suficientemente importantesy significativos para asumir la responsabilidady la decisión de que tanto el proyecto como ladirección de obra se realicen de forma correc-ta; sin duda, un proyecto bien estudiado origi-nará una disminución de los costes y de losriesgos de lesiones en el cimiento.
Número
374
522
382
843
345
3
3
266
384
652
10
62
11
140
%
9,29
12,97
9,49
20,95
8,57
0,07
0,07
6,61
9,54
16,20
0,25
1,54
0,27
3,48
(Numero total de eventos: 4024)
Sistema afectado
A000: Edificio en general
C000: Cimentación
E000: Estructura
F000: Fachadas
I000: Instalaciones
J000: Jardinería
M000: Mobiliario y equipamiento
P000: Particiones
Q000: Cubiertas
R000: Revestimientos
T000: Acondicionamiento del terreno
V000: Pavimentos y firmes urbanización
X000: Medios auxiliares
0000: Sin datos
Figura 1.22Estadística patológica
Figura 1.21 Costes de reparación
Edificio en generalCimentación
EstructuraFachadas
InstalacionesJardinería
Mobiliario y equipamientoParticionesCubiertas
RevestimientosAcondicionamiento del terreno
Pavimentos y firmes de urbanizaciónMedios auxiliares
Sin datos0 5 10 15 20 25
% de casos
400
300
200
100
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10
NÚMERO DE CASOS (%)
LOCALIZACIÓN DE LESIONES
(7)
(30)
(43)(35)
(21)(21)
(5)(3) (4)
(5)
La suma es superior al 100% por localización múltiple
1. Cimentación 6. Cerramientos 2. Pilares 7. Cubiertas 3. Vigas 8. Contacto con el terreno 4. Forjados 9. Elementos superficiales 5. Tabiques 10. Otras
GENERALIDADES 51
1.8.2 Datos para la realización del proyectode cimientos
Un buen proyecto de cimientos exige previa-mente la elección de un sistema idóneo desde lospuntos de vista constructivo, técnico y económico;para ello es preciso conocer los siguientes datos:
• Datos del entorno.• Tipología de la edificación.• Esfuerzos actuantes sobre el cimiento.• Tipología del cimiento; clases.• Datos del terreno.
Figura 1.24Manifestaciónde las lesiones
Figura 1.25Localización delesiones
500
01 2 3 4 5 6
MANIFESTACIONES
1. Fisuras 2. Oxidación de armaduras 3. Rotura del hormigón 4. Ataque al hormigón 5. Deformaciones excesivas 6. Otras
450
400
350
300
250
200
150
100
150
(15)
(11) (8)
(20) (22)
(62)
NÚMERO DE CASOS (%)La suma es superior al 100% por localización múltiple
1.8.3 Esfuerzos actuantes
Los esfuerzos que actúan sobre el cimiento seobtienen mediante el cálculo de la estructura queha de ser sustentada por el mismo. Normalmenteson los siguientes:
N: Esfuerzos verticalesH: Esfuerzos horizontalesM: Momentos flectores Mx y MyT: Momentos torsores
(se tienen en cuenta excepcionalmente)
Figura 1.23Localización de lesiones
Demolición
6,76,54,24,80,61,14,9
12,53,42,4
Coste de la reparación(Distribución en %)
Medio
35,052,041,438,160,959,853,733,337,914,6
Pequeño
33,323,640,344,027,026,422,025,037,961,0
Localización de Lesiones
CimentaciónPilaresVigasForjadosTabiquesCerramientosCubiertasContacto con terrenoElementos superficialesOtros
Alto
25,017,914,213,111,512,619,529,220,722,0
52 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
1.8.4.1 Diferencias funcionales
Las diferencias funcionales entre estos tres ti-pos de cimientos se describen a continuación.
En el cimiento superficial, se considera quelos esfuerzos N, H y M son transmitidos en su to-talidad al terreno a través de la superficie del ci-miento, considerándose como tal la superficiehorizontal más profunda del mismo en contactocon el terreno.
En el caso de los cimientos semiprofundos, seacepta que en la absorción de los esfuerzos N,H y M colaboran la superficie del cimiento y lassuperficies verticales de contacto cimiento-terreno.En casi todos los casos, cuando 4 < D/B < 10,puede considerarse el cimiento semi-profundo co-mo un pilote corto. En este caso los esfuerzos My H son absorbidos por las superficies verticales yN por superficies horizontales y verticales.
Finalmente, en un cimiento profundo a basede pilotes, éstos se consideran articulados en elencepado. El esfuerzo N es absorbido por puntay por rozamiento a lo largo del fuste del pilote,de forma conjunta o sólo por uno de los dos pro-cedimientos.
En el caso de empujes horizontales sobre elpilote, éste esfuerzo actuante se transmitiría al te-reno por el fuste, considerando el pilote articula-do en el encepado y empotrado a una ciertaprofundidad.
En la mayoría de los casos de edificación, pa-ra la elección del sistema de cimiento basta el es-fuerzo de compresión N.
En el caso de naves industriales y otras estruc-turas cuyos esfuerzos verticales son pequeños, elmomento flector Mx es el condicionante principalpara el diseño del cimiento óptimo y de su cálculo.
1.8.4 Tipología de cimientos
Una clasificación general de los cimientos seestablece en función de la relación:
De acuerdo con este criterio, en la figura 1.26se reproduce una clasificación cuyos autores sonS. Costet y G. Sanglerat, que está relacionadacon los esquemas de la figura 1.27.
DB
= Profundidad de la superficie del cimientoAncho del cimiento
Superficial
<4
ZanjasPozos, macizos
ZapatasVigasLosas
>10
Pilotes prefabricadosPilotes “in situ”Micropilotes
Muros-PantallaPozos
ProfundoSemi-profundo
4-10*
Pozos, macizosZapilotes
Pozos indiosCajones de aire com-
primido
Figura 1.27Tipos decimiento
SUPERFICIAL
D
B
D
B
D
BSEMIPROFUNDO PROFUNDO
Figura 1.26Clasificación delos cimientos deacuerdo con su
forma
CLASE DE CIMIENTOS
D/B
TIPOS
*En otras clasificaciones se da el valor 5<D/B<10
1.9 EL TERRENO DE CIMIENTOS
El concepto de "terreno" hace referencia aaquellos materiales sobre los que pueden estri-bar los esfuerzos transmitidos por la edificacióna través del cimiento. Estos materiales pueden es-tar formados por dos o tres fases diferenciadas:
• Partículas sólidas más aire.• Partículas sólidas más agua.• Partículas sólidas más agua más aire.
A su vez, el aire normalmente contiene aguaen estado de vapor. Cuando los huecos están total-mente llenos de agua, se dice que el terreno estásaturado. Las partículas sólidas suelen estar forma-das por silíce, carbonatos, minerales arcillosos yotras sustancias como sulfatos y materias orgánicas.
Los terrenos también pueden contener mate-ria orgánica; el porcentaje de ésta es muy im-portante, porque disminuye la resistencia y au-menta la deformabilidad. Los terrenos ricos enmateria orgánica abundan en zonas pantanosasy lacustres, marismas, antiguas albuferas, estua-
Observaciones
Apto para cimientos. La aptitud depende fundamentalmente de las características y propiedades del resto de partículas sólidasque componen el terreno. El terreno ideal para cimentar es elexento de materia orgánica.
Pueden utilizarse como cimientos, aunque existe riesgo de asientos im-portantes por consolidación y colapso al cabo de un cierto tiempo acausa de la descomposición de la materia orgánica. El riesgo es gra-ve cuando el terreno orgánico está bajo el nivel freático o en zona deoscilación del mismo. No es aconsejable cimentar en este tipo de te-rreno. Se debe analizar el riesgo y en su caso mejorar el terreno.
Se debe recurrir a soluciones especiales de cimientos.
Se debe recurrir a soluciones muy especiales tales como la susti-tución del terreno o cimientos profundos.
Contenido de materia orgánica (%)
0 – 2
2 – 10
10 – 35
> 35
Tipo de terreno
Normal
Con trazos de materia orgánica
Orgánico
Turba
GENERALIDADES 53
Figura 1.28Clasificación deterrenos según elcontenido demateria orgánica
rios, lagunas interiores y zonas pantanosas de-secadas (Albuferas de Levante, Marismas deHuelva, estuarios del Cantábrico). Según el con-tenido de materia orgánica, pueden distinguirselos terrenos que se exponen en la figura 1.28.
Una clasificación general que engloba todoslos terrenos existentes es la siguiente (se entiendeaquí el concepto de “terreno” en el sentido que seespecifica al inicio de este apartado):
• Rocas.• Terrenos (figura 1.30).• Bolos y gravas. El diámetro de los bolos os-
cila entre 60 y 300 mm; el de las gravasgruesas es superior a 40 mm (40-60).
• Rellenos controlados.• Rellenos incontrolados.
En lo sucesivo, los departamentos de medioambiente regularán sin duda el vertido de estos últi-mos, estableciendo tres clases de vertederos: de re-siduos peligrosos, de residuos no peligrosos y deresiduos inertes; se establecerán distintos requisitospara cada uno de ellos.
54 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
Figura 1.30Clasificación de
terrenos por eltamaño de partículas
Terrenos
No cohesivos
Cohesivosgranulares
Cohesivos
(1) Finos plásticos. Arcillas.Tamaño máximo de las partículas 0,002 mm = 2μmLuz de malla (mm)
(2) Los tamices A.S.T.M 200 y A.S.T.M 4 tienen luces de malla de 0,076 mm y 4,76 mm respectivamente.En su lugar se utilizan los equivalentes marcados por normas U.N.E., cuyas luces de malla son respectivamente de 0,080 mm y 5,00 mm.
(3) Este porcentaje corresponde solamente a la cantidad retenida en el tamiz 200.
Contenido de finos plásticos(1)
(%)
< 15
> 15< 35
> 35
Pasa> 50
Limos yArcillas
Limos yArcillas
Limos yArcillas
Tamiz 200(2)
(%)
Tamiz 4
(%)(3)
Retenido> 50
Arenas y Gravas
Arenas yGravas
Arenas yGravas
Pasa> 50
Arenas
Arenas
Arenas
Retenido> 50
Gravas
Gravas
Gravas
1.9.1 Acción del agua en terrenos de cimientos
La situación del nivel freático con relación a lasuperficie del terreno hace variar la capacidadportante del terreno.
En terrenos no cohesivos arenosos la capa-cidad portante disminuye al aumentar la cotadel nivel freático desde la superficie del cimien-to hasta la superficie del terreno. Por el contra-rio, la capacidad portante aumenta si aumenta
Rellenos
Escombreras
Vertederos
Hidráulicos
Observaciones
EscollerasRestos de demolición
Sin tratarIncineradosTriturados
Clases
Granulares
MixtasMineras
IndustrialesUrbanos
Balsas minerasProductos de dragadoDesechos industrialesFigura 1.29
Tipos de rellenos
GENERALIDADES 55
En los terrenos cohesivos arcillosos la consis-tencia (véase la expresión [2.13]) disminuye alaumentar la humedad de modo que tienen consis-tencia mínima cuando están saturados. La dismi-nución de su consistencia supone también la dis-minución de la capacidad portante. Los terrenosde consistencia menor de 0,75 (blanda, fluida olíquida) saturados tienen una capacidad portantemuy pequeña y originan problemas de estabili-dad en los taludes.
D
B
B
A
C
E
NF1
NF3
NF5
NF2
NF4
NF6
PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREÁTICO
superficie del terreno
superficie del cimiento
CAPACIDADPORTANTE
la profundidad del nivel freático. Cuando el ni-vel freático está por debajo de la superficie delcimiento, a una profundidad igual o mayor queel ancho de la zapata, la capacidad portanteya no depende de él (figura 1.31).
Cuando la compacidad (véase la fórmula[2.7]) del terreno arenoso es inferior a 35 (“suelta”a “muy suelta”) la inmersión en agua puede provo-car asientos bruscos y producir el colapso.
Si el terreno es de baja compacidad (menorde 35) la superficie del cimiento debe estar siem-pre sumergida o con una humedad sensiblementeconstante y sin riesgo de inmersión por variacióndel nivel freático u otras razones. Por ello, en casode que exista nivel freático, la superficie del ci-miento debe situarse a la cota más baja previsiblede dicho nivel.
Si no hay riesgo de variación de humedad, ola compacidad del terreno es mayor de 35, la co-ta óptima de la superficie del cimiento debe situar-se a una distancia del nivel freático igual o mayorque el ancho B de la zapata. Evidentemente, ade-más de este factor hay que considerar la capaci-dad portante del terreno.
Superficie del cimiento
Nivel AZona ACNivel CZona CENivel E
Cotas inferiores a E
N:Número de penetrómetro estándarB: Ancho de la zapataD: Profundidad de la superficie del cimientoK: Función de N y BK’: Función de N y D
Nivel freático
NF 1NF 2NF 3NF 4NF 5NF 6
Capacidad portante
0,5K'+0,5KaK'+0,5KK'+0,5KK'+bKK'+KK'+K
Observaciones
1>a>0,5
b>0,5
CE=B
Figura 1.31Variación de lacapacidadportante delterreno enfunción de laprofundidad delnivel freático
Nivel Freático (NF):1: En la superficie del terreno2: Superior a la cota del cimiento3: Coincide con la cota del cimiento4: Inferior a la cota del cimiento5: Inferior, a distancia igual al ancho del cimiento6: A distancia mayor que el ancho del cimiento
• Terrenos colapsables: yesíferos, eólicos, lo-ess, cenizas volcánicas.
• Terrenos kársticos: formaciones calizas o ye-síferas con grandes huecos debidos a la di-solución de componentes minerales de lasrocas. Pueden hundirse bruscamente.
• Laderas inestables, deslizantes: en ningúncaso se debe cimentar sobre ellas sin una fi-jación previa de las uniones.
• Terrenos agresivos al hormigón: puedenaparecer agentes agresivos en las partículassólidas o en el agua. El hormigón del ci-miento debe fabricarse con cementos resis-tentes al agente agresivo.
1.10 NOMENCLATURA
Una vez realizada la descripción de los dife-rentes terrenos sobre los que es posible plantear uncimiento con mayor o menor grado de compleji-dad, en lo sucesivo en éste manual se denomina-rán “rocas” a aquellos terrenos formados por unamatriz rocosa con resistencia a compresión simplesuperior a 5 N/mm2.
El resto de los materiales sobre los que puedenestribar los esfuerzos transmitidos por una edifica-ción serán designados con el nombre genérico de“terrenos” o “rellenos”, según sea su naturaleza.
Todos ellos deberán cumplir durante toda lavida útil de la edificación, sometidos a las condi-ciones climatológicas y ambientales previsibles ya las de uso y utilización previstas, las siguientescondiciones:
• Capacidad portante frente a hundimientocon el coeficiente de seguridad mínimo pre-visto en proyecto.
• Variaciones dimensionales (asientos e hin-chamientos) iguales o menores que los admi-sibles previstos.
• Seguridad frente al deslizamiento.• Ausencia de agresividad del terreno o del
agua contenida en el mismo sobre el sub-componente estructural del cimiento.
56 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS
Cuando los terrenos de consistencia mayor de0,75 (compactos, duros y muy duros) están sumer-gidos, su capacidad portante también disminuye.Si la consistencia se determina en función del nú-mero N obtenido en el ensayo estándar S.P.T., seutiliza la siguiente expresión:
[1.1]
O lo que es lo mismo:
Nch = 0,5 N+ 7,5 [1.2]
(Si N<15 se toma Nch= N)
N: valor obtenido del ensayoNch: valor corregido para terreno sumergidoNcp: valor corregido teniendo en cuenta el
factor profundidadNcor: valor corregido por los factores de pro-
fundidad y terreno sumergido
La superficie del cimiento debe quedar en zo-na sumergida o bien en zona superior a la máximacota del nivel freático, aproximadamente un metropor encima. Es aconsejable que este terreno cohe-sivo de cimiento tenga las variaciones mínimas po-sibles de humedad.
Finalmente, los terrenos expansivos son aque-llos terrenos arcillosos, preconsolidados que ex-perimentan variaciones de volumen (hinchamien-to y retracción) al aumentar o disminuir la hume-dad. El cimiento vendrá determinado por el gra-do de expansividad y el tipo de edificio que seva a construir. Evidentemente, si se consigue quela humedad del terreno no varíe, no habrá varia-ción de volumen y desaparecen los problemaspara proyectar el cimiento.
1.9.2 Otros terrenos conflictivos
Otros terrenos que también pueden dar proble-mas a la hora de plantear el cimiento de un edifi-cio sobre ellos son:
Nch = N − 12
N −15( )