#46 Como determinar la profundidad de las cimentaciones
#46 Como determinar la profundidad de las cimentaciones
Una cimentación recibe la carga del edificio y la transmite al terreno en el que se apoya, por lo que altera el estado de deformaciones y tensiones del terreno. Este incremento de tensiones disminuye progresivamente mientras más profunda es la cimentación hasta hacerse irrelevante.
Por lo tanto, determinar correctamente la profundidad de las cimentaciones nos asegura la estabilidad estructural de una construcción.
Existen dos métodos de para determinar la profundidad de las cimentaciones:
Uno método técnico, basado en formulas de cálculo e información precisa de un suelo, la cual nos brinda un estudio de suelo, también conocido como estudio geotécnico o mecánica de suelo. Hablamos en detalle de estos estudios en este artículo >
Método experimentales, pruebas de campo empíricas simples de realizar y que son muy útiles para proyectos de menor escala como viviendas de una o dos plantas.
Sobre suelos y cimentaciones hay que tener presente algunas premisas, como por ejemplo:
Que existen distintos tipos de suelos y que cada suelo se comporta de manera distinta y presenta características diferentes.
Que existen diversos tipos de cimentaciones y que la elección de tal o cual dependerá en gran medida del tipo de proyecto que vamos a construir y las características del suelo.
Que no todos los materiales, sistemas constructivos y tipos de proyectos “pesan lo mismo”. El peso propio de la estructura es un factor a considerar al momento de diseñar al cimentaciones.
Que en los lugares que presentan actividad sísmica se deben de considerar “criterios de sismo resistencia” al momento de calcular y diseñar las cimentaciones y estructura del edificio.
Como criterio general y usando el sentido común, podemos decir que antes eventos sísmicos, lo mas lógico es tener cimentaciones y estructuras dúctiles, que se muevan con el sismo, más que estructuras rígidas, que busquen resistir las ondas sísmicas.
Formación recomendada
“Cimentación corrida sin cemento: Sistema de Shicras”
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En el curso se estudiará el origen y características de este sistema milenario de cimentaciones, para posteriormente comprender los detalles constructivos de la técnica frente a distintos tipos de suelo, tales como el reconocimiento e identificación preliminar de los suelos, para poder realizar el ejercicio práctico para el diseño estructural preliminar de las cimentaciones de una vivienda y finalmente, comprender el proceso constructivo de la propuesta.
Sesión 1: Origen, características y ventajas del sistema Shicras
Origen del sistema de shicras. Conceptos básicos de sismo resistencia. Ventajas constructivas de la cimentación de shicras. Descripción del sistema constructivo.
Sesión 2: Detalles constructivos del sistema Shicras
Reconocimiento y clasificación de los distintos tipos de suelos. Detalles del sistema constructivo. Alternativas constructivas según el tipo de suelo.
Sesión 3: Desempeño y diseño sismo resistente del sistema shicras
Ensayos experimentales realizados en Perú. Estimación del peso portante de la cimentación. Diseño sismo resistente de la cementación corrida.
Sesión 4: Proceso constructivo, puesta en obra y casos de estudio
Proceso constructivo de la propuesta shicras. Las cimentaciones antiguas de Caral y Chavín en Perú. La Casa Mandala, primer proyecto construido en Chile con el sistema de shicras.
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Los suelos y su resistencia
Los suelos se componen de una serie de capas casi paralelas a la superficie, que pueden diferenciarse por su color, textura, consistencia, estructura, pH, entre otros.
Cada capa individual es un horizonte y al conjunto de capas de una exposición vertical, se le llama perfil del suelo.
La capar orgánica, por lo general se encuentra en los primeros 50 cm. de profundidad, y es un suelo que no nos sirve como estrato para las cimentaciones.
La sabiduría popular nos suele decir que “Un suelo bueno para sembrar no es bueno para cimentar y un buen suelo para cimentar es malo para sembrar”. Nunca cimentamos en suelos con contenido de materia orgánica.
Existe un ensayo muy simple y fácil de realizar tener información acerca de la composición de un suelo.
Me refiero a una “prueba de sedimentación”, cuyo resultado nos sirven para estimar la proporción de cada componente para la mezcla: arcilla, arena y limo.
La prueba se basa en la distribución por peso y dimensión de las partículas del suelo en una solución de agua, de tal manera que la arena se irá al fondo, luego se sedimenta el limo y arriba encontraremos a la arcilla.
En este artículo se enseña como hacer una prueba de sedimentación >
Para empezar a entender los criterios que debemos de utilizar a la hora de determinar la profundidad de las cimentaciones hay dos conceptos claves que debemos de aprender:
Capacidad portante del suelo.
Es la capacidad portante es la capacidad que posee un suelo para soportar todas las cargas aplicadas sobre él.
Técnicamente, la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno de modo que no se produzca un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo.
Como hemos dichos la capacidad portante va a depender del tipo de suelo, de la profundidad y del peso que estemos aplicando
Capacidad admisible del suelo.
Esta capacidad depende de la capacidad portante del suelo, y podemos decir que siempre es menor.
Es menor en cuando incluimos un “factor de seguridad” debido a la gran incertidumbre que existe en el conocimiento de las propiedades físicas reales de un suelo.
Una vez conocemos la capacidad portante del suelo, la dividimos por un factor de seguridad de 3 o 4 para así obtener la capacidad admisible del suelo.
Será la capacidad admisible del suelo la que nos guiará en determinar la dimensión y profundidad de las cimentaciones.
Veamos ahora un método simple para determinar la profundidad de las cimentaciones.
Método del cubo
La prueba se hace en la excavación donde irán las cimentaciones y a una profundidad donde:
No exista materia orgánica.
Al subirnos al cubo este no se hunda. Si el cubo de hunde, debemos entonces hacer la prueba a una profundidad mayor.
Debemos de conseguir un cubo de hormigón o madera (rígido) de 3x3x3 cm de lado.
Una vez comprobemos que el cubo no se hunde, procedemos a calcular la magnitud de la capacidad portante a ese nivel del suelo.
Vamos a determinar el esfuerzo que transmite el cubo hacia el suelo:
Suponemos que la persona pesa 65 kg. y dividimos el peso por la base del cubo, es decir el área de la base que apoya en el suelo (3 cm x 3 cm = 9 cm2)
65 kg / 3x3 cm2 = 65 kg / 9 cm2 = 7,22 kg/cm2
Una capacidad portante de 7,22 kg/cm2 es bastante alta.
Pero cuidado, habíamos dicho que lo que nos interesa es la capacidad admisible del suelo, y que para esto incluimos al cálculo un “factor de seguridad” de 3 o 4.
La capacidad admisible del suelo equivale a la capacidad portante divida por el factor de seguridad: 4
7,22 / 4 = 1,8 kg/cm2
Por lo tanto la capacidad admisible del suelo, en este caso, es de 1,8 kg/cm2
Una resistencia de 1,8 kg/cm2 sigue siendo una resistencia bastante alta para un suelo.
¿Pero porqué una resistencia de 1,8 kg/cm2 es buena para una vivienda de uno o dos pisos?
Por lo general en una vivienda los esfuerzo que se van a transmitir desde las cimentaciones al suelo son bastante bajos.
Para esto se realiza un cálculo de las solicitaciones y esfuerzo desde la estructura hacia el suelo, lo que se conoce como análisis de carga.
Las casas, por lo general, no distribuyen el peso de la estructura de igual manera. Para hacer el “análisis de carga” lo hacemos tomando como referencia la parte más desfavorable o la que esta siendo más exigida.
En este ejemplo, una casa de dos pisos y para un muro de 1 mt. de profundidad se calculan las diferentes cargas/pesos que recibe esa cimentación:
La cubierta.
Muro superior.
Losa de entrepiso.
La carga de uso.
El muro inferior.
El resultado de la sumatoria de todas estas cargas por metro de profundidad que, en este ejemplo, da como resultado: 50.8 KN/m (kilo newtons por metro)
Si dividimos esta carga por el ancho del cimiento, en este caso 50 cm (0,5 m), tenemos: 50.8 KN/m / 0,5 m = 101,6 KN/m2
Esto lo transformamos a kg/cm2 y obtenemos: 1,02 kg/cm2
Esta carga de 1,02 kg/cm2 es menor de la capacidad admisible que habíamos calculado con el método del cubo, que rea de 1,8 kg/cm2
Esto implica que con una cimentación de 50 cm de ancho podemos tener una cimentación segura, para este ejemplo.
En el caso de que la carga de la estructura sea mayor que la capacidad admisible del suelo tenemos dos opciones:
Ensanchar la cimentación (más de 50 cm de ancho, para este caso).
Aumentar la profundidad de la cimentación, hasta que la capacidad admisible sea mayor y por lo tanto el suelo mas resistente.
Clasificación visual de los suelos.
Si bien podemos realizar un estudio de suelos, que son estudios técnicos muy confiables, estos muchas veces no se realizan.
De hecho, en muchos muchos países hacer un estudio de suelo (o estudio geotécnico) es una exigencia antes de obtener un permiso de construcción.
Entonces si queremos o necesitamos cálculos más técnicos sobre el tipo de suelo es recomendable realizar un estudio geotécnico.
Aunque existe también, mucha experiencia, conocimientos y ensayos empíricos que nos permiten clasificar los suelos y entender su comportamiento de cara a definir el tipo y profundidad de las cimentaciones.
Estos ensayos empíricos se recomiendas para construcciones de menor escala, como una vivienda, pero nunca para proyectos de mayor envergadura.
Una vez estamos en el terreno, podemos obtener información descriptiva de los suelos, al identificar algunas características del suelo, como por ejemplo:
La angularidad.
La forma.
El Color.
El olor.
El estado de humedad.
Su consistencia.
Su densidad relativa.
Estructura, etc.
Para quienes desean entrar en detalle sobre los métodos de clasificación visual de los suelos, le recomiendo descargar y revisar este documento >
Y si estás interesado/a en aprender a sobre cimentaciones sin cemento, te invitamos al “Curso de Cimentación Corrida sin Cemento: Sistema de Shicras”.
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Muy interesante y práctica la prueba de campo para sacar la capacidad admisible del suelo. Ya puedo dar un mejor asesoramiento a mis clientes en esté tema de las cimentaciones.
De ahora en adelante haré prueba de sedimentación y de capacidad admisible del suelo cada que visite un terreno para una obra nueva. :)