Tipos de cimientos de edificios &Cómo distribuyen las cargas
Cuando una persona promedio piensa en un cimiento, probablemente le vienen a la mente las paredes del sótano de su casa. O piensan en esa persona que les llama todos los años a la misma hora para pedirles una donación… Una pared del sótano, o muro de cimentación, es la parte de una estructura que resiste la carga de las presiones laterales de la tierra causadas por el suelo acumulado contra ella, pero también transfiere la carga de los edificios desde la estructura de arriba hasta la tierra de abajo. Hay dos categorías de cimientos que se utilizan para transferir las cargas del edificio al suelo, los cimientos superficiales y los profundos. El tipo de suelo y sus condiciones ayudan a los ingenieros estructurales a determinar qué tipo de cimentación es la más adecuada para una estructura concreta.
Las cimentaciones poco profundas suelen encontrarse bajo estructuras con poca carga, como una casa o un cobertizo, y se encuentran cerca de la superficie de la tierra. Un ejemplo de cimentación poco profunda es una zapata de hormigón. Las zapatas de hormigón se sitúan debajo de los muros de cimentación y de los pilares interiores y se utilizan para repartir la carga de la estructura superior sobre una superficie lo suficientemente grande como para limitar el movimiento del subsuelo inferior. El tamaño de la zapata necesaria depende del tipo de suelo que haya debajo. Si una zapata se coloca sobre arcilla, tiene que ser mucho más grande que si se coloca sobre roca madre, ya que la roca madre tiene una capacidad de carga mucho mayor.
Los cimientos poco profundos son susceptibles de moverse dependiendo de las condiciones del entorno y del tipo de suelo sobre el que se apoyan. Por ejemplo, en Winnipeg, donde vivo, la mayoría de los cimientos de las casas están construidos sobre arcilla, que se hincha cuando absorbe la humedad. La hinchazón del suelo hace que se eleve, lo que puede levantar los cimientos y provocar un asentamiento diferencial en la casa. Si el asentamiento diferencial es mínimo, no suele ser un problema estructural, sino más bien un problema estético. A veces el movimiento puede ser tan grave que la integridad estructural del sistema de cimentación se ve comprometida y es necesario repararlo o sustituirlo. Consulte este post para conocer otras causas de movimiento y fallos de los cimientos poco profundos.
Las losas de hormigón y la losa sobre el terreno son otros dos tipos de cimientos poco profundos que se utilizan en la construcción y pueden ser mucho más económicos que los cimientos profundos si las cargas no son demasiado grandes y la estructura puede tolerar el movimiento diferencial. Existen riesgos asociados a las losas sobre rasante, ya que existe la posibilidad de que el suelo inferior se contraiga y se hinche, lo que provocaría movimientos en la losa. Si el propietario se siente cómodo con el movimiento de la losa, este tipo de forjado es la opción más económica. Si los acabados y los equipos que se colocan en la losa no pueden tolerar el movimiento, se recomienda a menudo una losa estructural. Una losa estructural tiene un vacío debajo, por lo que el hinchamiento y la contracción del suelo no afectan a la losa. Cuando las condiciones del suelo no son ideales para acomodar cimientos poco profundos, es necesario considerar los cimientos profundos.
Los cimientos profundos se encuentran a menudo bajo edificios grandes donde el peso de la estructura es muy alto y donde no se desea el movimiento de la estructura. Estos cimientos transfieren la carga al suelo muy por debajo de la superficie de la tierra. El tipo más común de cimentación profunda son los pilotes. Los pilotes son largos y delgados y transfieren las cargas de un edificio a través de la fricción entre el lado del pilote y el suelo circundante, y a través del apoyo entre la parte inferior del pilote y los estratos del suelo por debajo. Los pilotes pueden ser de acero, madera u hormigón. Los pilotes de acero suelen ser secciones en forma de I laminadas en caliente o pilotes de tornillo helicoidal. Los pilotes de madera suelen ser grandes secciones de madera tratadas a presión y se utilizan para estructuras temporales o permanentes. Los pilotes de hormigón son sólidos de forma hexagonal o circular reforzados con acero.
Algunas personas pueden pensar que la profundidad de la cimentación se correlaciona con la magnitud de la carga que se transfiere al suelo, pero normalmente no es así. Si las cargas son muy grandes, las cimentaciones profundas se instalan por debajo de la superficie de la tierra hasta que se encuentra una capa de suelo fuerte/densa, como el lecho de roca o el terreno glaciar. Ambos tienen una capacidad de carga muy elevada que suelos como la arcilla o la grava no pueden ofrecer. Los pilotes que se extienden hasta las capas de suelo fuerte/denso se denominan pilotes de soporte final. La ubicación de estas capas de suelo puede variar bastante. En una obra grande es posible que un pilote se encuentre con roca madre a 15 metros de profundidad en un extremo de la obra, mientras que un pilote en el otro extremo de la obra puede encontrarse con roca madre a 30 metros de profundidad. Una mayor longitud del pilote significa una mayor capacidad de transferir cargas al suelo circundante. Los pilotes de fricción se utilizan cuando hay que transferir cargas ligeras al suelo y cuando no es económico o factible extender el pilote hasta una capa de suelo denso. Hoy en día, los pilotes de fricción de hormigón se utilizan a menudo para los cimientos de las casas nuevas, ya que son mucho más estables que las zapatas.
Los cimientos son uno de los componentes más importantes de la estructura de un edificio. Es lamentable que los suelos a los que se transfieren las cargas del edificio puedan ser tan variables de un lugar a otro. Para reducir el riesgo que conllevan los cimientos, siempre se recomienda que un ingeniero geotécnico realice una investigación de los suelos. Ellos podrán ofrecer una buena recomendación sobre qué cimientos utilizar en función del tipo de suelo encontrado. Para la mayoría de los edificios nuevos, dependiendo de su jurisdicción, usted no será capaz de obtener un permiso de construcción sin un informe geotécnico o una recomendación basada en la experiencia de los ingenieros.
Espero que esto le dé algunos conocimientos básicos sobre los cimientos utilizados para apoyar los edificios que usted vive y ve en su vida cotidiana. Si quieres aprender más sobre los cimientos y otras cosas relacionadas con la ingeniería estructural, no dudes en apuntarte a nuestro curso sobre fundamentos de la ingeniería estructural. ¿Tienes alguna pregunta sobre los cimientos? No dudes en dejar un comentario a continuación.
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