Cimentaciones por Zapatas

Si necesitas realizar una cimentación puedes optar por varios métodos. Uno de ellos es la Cimentación por Zapatas. Si quieres saber en qué consiste, continúa leyendo.

¿Qué son las Cimentaciones por Zapatas?

Las cimentaciones por zapatas son uno de los tipos de Cimentaciones Superficiales. Este método de cimentación consiste en establecer zapatas como base de una construcción. Las zapatas son elementos estructurales que sirven de cimentación para pilares, muros u otros elementos superficiales, transmitiendo la carga que recibe de estos al terreno.

En este artículo encontrarás información acerca de cimentaciones, de zapatas y sus diferentes tipos, y también podrás aprender el proceso constructivo de una zapata. Quédate y descubre más acerca del tema.

¿Qué son las Cimentaciones?

Las cimentaciones son la parte de la estructura de una edificación que transmite la carga recibida por el resto de la estructura al terreno, lo que hace que haya más estabilidad, la presión sea menor y haya menos asientos.

La cimentación, además de resistir la carga del resto de la estructura, la sujeta frente a acciones horizontales como movimientos sísmicos o simplemente el viento. Gracias a las cimentaciones se consigue no alcanzar los estados límites últimos o de servicio, de los cuales hablaremos más adelante.

La máxima presión que puede transmitir una cimentación sin alcanzar el estado último se denomina capacidad portante. La presión admisible es aquella con la que no se alcanza ningún estado límite, presentando un coeficiente de seguridad respecto a la capacidad portante. 

El procedimiento constructivo que se lleve a cabo influye en gran medida en el comportamiento de la cimentación. Se debe tener en cuenta que la cimentación altera el terreno circundante, lo que puede modificar alguno de los cálculos realizados.

¿Qué son las Cimentaciones Superficiales?

La cimentación superficial es uno de los tipos de cimentación más comunes, y son aquellas que descansan sobre las capas superficiales del suelo y que soportan la carga de la construcción debido a la ampliación de su base. El material más utilizado en esta cimentación es la piedra, sin embargo, el concreto armado también es muy recomendable. 

Una cimentación se considera superficial cuando tiene una profundidad entre 0,5 y 4 metros, y cuando la presión admisible de las primeras capas del terreno permite apoyar el edificio de forma directa, sin asientos excesivos que puedan perjudicar a la estructura.

Los terrenos en los que está recomendada la cimentación superficial son aquellos compuestos por rocas, suelo granular con deformabilidad media o baja, o terrenos arcillosos con resistencia alta.

Existen dos tipos de cimentaciones superficiales:

• Losas de cimentación

Las losas de cimentación se utilizan en terrenos de baja resistencia o en suelos heterogéneos con asientos diferenciales. El diseño de la losa está condicionado por las deformaciones que presenta el terreno. Puede ser de varios tipos: continua y uniforme, aligerada, nervada, con pedestales o de tipo cajón.

• Zapatas 

Las zapatas suelen ser empleadas en terrenos homogéneos o de resistencia a comprensiones medias o altas. Consisten en un ancho prisma de hormigón ubicado bajo los pilares de la estructura. Su principal función es transmitir al terreno las tensiones del resto de la estructura y anclarla a este.

Se utilizan especialmente en terrenos arcillosos, conglomerados o rocosos, donde mantienen los taludes de las excavaciones verticales o que tienen una pendiente adecuada que le brinda la estabilidad que requiere.

¿Qué tipos de zapatas hay?

Las zapatas se dividen principalmente en tres tipos en función del número de pilares a los que brinden apoyo:

Zapatas aisladas

Las zapatas aisladas brindan soporte a pilares aislados cuando el terreno es de buena calidad y la carga de esos pilares sea pequeña o moderada. Las dimensiones de la zapata dependen de la capacidad de hundimiento, el equilibrio, la resistencia y el asentamiento diferencial respecto a zapatas contiguas.

Pueden ser de material reforzado o no reforzado. Si la base de la zapata no se encuentra reforzada, la altura de la misma debería incrementarse para así permitir proporcionar una separación necesaria de carga.

Este tipo de zapatas suelen tener una base cuadrada, lo que aporta sencillez a la estructura y sea de fácil construcción, aunque también se pueden encontrar en otras formas. El pilar o el muro al que da soporte arranca siempre desde el centro de la base.

Las zapatas aisladas suelen ir arriostradas con riostras de hormigón armado desde la sección inferior a la propia zapata. El arriostramiento puede realizarse de hormigón en masa, es decir, sin armar, si las zapatas tienen una altura considerable. En este caso se denominan zapatas macizas.

Para la construcción de una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos heterogéneos o con discontinuidades para que la cimentación sea estable. Para cualquier tipo de zapata, el plano de apoyo de esta debe encontrarse empotrado 10 cm. en el estrato del terreno.

La profundidad de la zapata se determina según varios aspectos especificados en el informe geotécnico, evitando alterar el comportamiento del terreno que se encuentra bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o debido a posibles riesgos provocados por las heladas. Es conveniente que tenga una profundidad mínima de 50 u 80 en aquellas zonas afectadas por estas variables. El informe proporciona información sobre la resistencia a compresión de las diferentes capas, por lo que permite decidir cuál es la capa más adecuada.

Para su construcción es conveniente usar hormigón de consistencia plástica, con áridos con tamaño aproximado de 40 mm. En la ejecución de la zapata, y previamente a echar el hormigón, es necesario disponer en el fondo de esta una capa de hormigón pobre de aproximadamente 5 cm de espesor, previo a colocar las armaduras.

La Normativa de referencia utilizada para las zapatas aisladas de hormigón en masa o armado como cimentación de soportes verticales es la Normativa Tecnológica NTE-CSZ

Las zapatas aisladas, a su vez, se pueden dividir atendiendo a diferentes clasificaciones.

Según la relación que tenga entre el canto y el vuelo:

• Zapatas flexibles

La altura de este tipo de zapatas es menor que su largo en las dos direcciones de la misma. Este tipo de zapatas sigue la teoría general de la flexión, cumpliendo así las hipótesis de Navier-Bernouilli y realizando el cálculo como una viga, es decir, como un elemento lineal. Las zapatas flexibles suelen estar sometidas a esfuerzos de tracción y esfuerzos de compresión. 

• Zapatas rígidas

La altura de estas zapatas es menor o igual que el largo máximo medido en ambas direcciones. Al ser rígidas, no cumple la teoría de la flexión mencionada anteriormente, por lo que para su cálculo se plantea un modelo de bielas y tirantes. Las zapatas rígidas suelen armarse con una carga de hierro de aproximadamente 25 a 40 kg/m3.

Según donde se posicione el esfuerzo vertical:

• Zapatas excéntricas

En este tipo de zapatas la carga no suele quedar centrada en el cimiento, un ejemplo de ello es el caso en el que el pilar o la pared de carga (medianera) que se encuentra apoyada sobre una zapata, pudiendo ser aislada o continua, alcanza el límite del predio, y por ello la carga no queda del todo centrada en el cimiento. Si la carga estuviera centrada, la zapata quedaría fuera del solar, por ello es necesario que el pilar o la pared carguen desde un extremo de la zapata. 

• Zapatas centradas

Este tipo de zapata se une mediante riostras de concreto u hormigón armado de sección inferior a la zapata. Son cimentaciones para pilares interiores normalmente de planta cuadrada. La unión mediante riostras tiene el objetivo de evitar desplazamientos laterales. En estas zapatas el pilar o el muro se apoya en el centro de la base de la zapata.

Según la forma de la base:

• Zapatas rectangulares

Son aquellas zapatas que presentan lados desiguales.

• Zapatas cuadradas

Zapata cuyos lados tienen la misma longitud.

• Zapatas circulares

Se caracterizan por su base en forma circular.

Según la forma de la cara superior:

• Zapata recta

Es aquella cuyo canto es continuo. Tiene una base prismática, normalmente en forma cuadrada, e inmediatamente encima se une el pilar o muro que se vaya a soportar.

• Zapata escalonada

En este tipo de zapata la parte superior a la base presenta otro bloque de hormigón también en forma cuadrada pero de menor tamaño a modo de escalón.

• Zapata piramidal

Es similar a una zapata recta a la que se añade en la parte superior una forma piramidal que hace que la zapata se una de forma más gradual al pilar que soporta. 

• Zapata nervada o aligerada

La zapata nervada es una variante de la zapata escalonada que presenta encima de la base otro bloque de hormigón, pero esta vez no tiene forma cuadrada, sino que se presenta en forma de cruz.

Puedes encontrar una explicación de los tipos de zapatas aisladas en el siguiente vídeo.

Zapatas combinadas

Las zapatas combinadas son aquellas que según el Código Técnico de la Edificación CTE dan soporte a dos pilares. 

Cuando no es posible apoyar un pilar en el centro de la zapata o para pilares perimetrales que tienen grandes momentos flectores, la presión del terreno es insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. Una manera de resolverlo es combinando la zapata de ese pilar con otra zapata próxima mediante vigas centradoras, lo que evita el giro de la cimentación. Dicha unión entre las dos zapatas constituye una zapata combinada.

Un ejemplo de utilización de las zapatas combinadas pueden ser las zapatas de medianería o también llamadas zapatas de lindero, las cuales por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Debido a su forma, estas zapatas requieren de una viga centradora para un correcto equilibrio. Esta viga centradora unida a otras dos zapatas, es lo que constituye una zapata combinada.

Zapatas corridas

Las zapatas corridas o continuas son aquellas que dan soporte a más de tres pilares, lo que hace la distinción respecto a los dos pilares que pueden soportar las zapatas combinadas.

Estas zapatas suelen emplearse para sustentar muros de carga, o pilares alineados demasiado cercanos, y también en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero son aquellas que forman la cimentación perimetral y se encargan de soportar los pilares o muros excéntricamente. La sección que forma el conjunto muro-zapata tiene forma de «L» para de esta forma no invadir la propiedad colindante. Las zapatas interiores son aquellas que se encargan de sustentar los muros y pilares en función de su eje y la sección muro-zapata suele tener forma de T invertida.

La base de una zapata corrida o extendida es básicamente un relleno que se usa para extender las cargas de las paredes o pilares sobre un área suficientemente grande de base. Estas se construyen lo más cerca posible de la superficie del suelo de acuerdo con los requisitos de diseño y con factores como la profundidad de penetración de las heladas y la posible erosión del suelo.

Tareas previas a la construcción de una zapata

Antes de empezar la construcción de una cimentación por zapatas, debes realizar algunas tareas previas:

• Estudio geotécnico

Uno de los primeros pasos para la construcción de las zapatas es la realización de un estudio geotécnico, también conocido como estudio de suelo. Debes considerar algunos aspectos durante el estudio: 

• El corte estratigráfico
• El nivel de la capa freática
• El grado de agresividad del suelo
• Las características mecánicas del terreno
• La estimación de la profundidad.

• Preparación de la superficie

Después de haber realizado el vaciado, es importante preparar el terreno con la planeidad suficiente para poder llevar a cabo el replanteo de las zapatas.

• Análisis del terreno

Antes de proceder a la cimentación, es importante realizar un análisis del suelo con la finalidad de conocerlo bien para poder identificar posibles cavernas o zonas blandas, que son las principales causantes de problemas en la ejecución de un proyecto. Debes conocerlo con anterioridad para evitar posibles pérdidas de tiempo o aumentos en el coste del proyecto.

• Identificación de presencia de agua

También es necesario conocer si el terreno sobre el que vas a realizar la construcción contiene agua, para así poder realizar los achiques necesarios.

• Búsqueda de factores que puedan ser perjudiciales

Aparte de cavernas o presencia de agua, debes estar atento a otros posibles factores perjudiciales para el proyecto, como cimentaciones próximas o servicios afectados.

• Comprobación del hormigón

Ya que el hormigón va a ser el material principal, es necesario analizar la planta que lo va a fabricar, las fórmulas de trabajo propuestas, los materiales y componentes, verificar el resultado de rotura frente a la compresión, los equipos de transporte, el vibrado y la colocación que se va a emplear.

• Observación de los apeos y a las cimbras

Es muy necesario comprobar la documentación técnica y las dimensiones que tiene que resistir el peso del hormigón, el peso de los encofrados, su propio peso y las sobrecargas  que puedan ocurrir accidentalmente. La cimbra se debe encargar de soportar una acción horizontal del 2% de orden de la carga vertical que esté actuando sobre ellas.

• Encofrados

Se debe comprobar que los elementos que componen los encofrados y sus respectivas uniones tengan la resistencia adecuada para evitar posibles deformaciones. Hay que verificar en todo momento las presiones del hormigón y los efectos que se puedan crear con el método de compactación.

• Replanteo de las zapatas

El replanteo se realiza con el objetivo de obtener datos de gran precisión. Este procedimiento lo lleva a cabo un topógrafo con la ayuda de una estación total. Se realiza por medio de colocación de camillas o estacas hechas en madera en las esquinas de la excavación, lo que permite indicar cuál es la cota que deberá bajarse desde la cabeza de la estaca. Normalmente la marcación de las dimensiones se realiza mediante pintura o yeso.

¿Cómo construir una zapata de hormigón?

El proceso constructivo de una zapata está formado por varios pasos:

• Proceso de excavación

Una vez hecho el replanteo de las zapatas se procede a la excavación del terreno. Para este trabajo se suele utilizar una retroexcavadora con cuchara en el caso de terrenos de tránsito, o un martillo para terrenos conglomerados o rocosos.

El material acopiado puede reservarse para utilizarlo más tarde como relleno o transportarlo a un vertedero. Se deben utilizar taludes dependiendo de la profundidad de la excavación y del tipo del terreno para así brindar estabilidad a la construcción.

Una vez acabada la excavación se debe llevar a cabo una nivelación y comprobar si el terreno es adecuado para la cimentación por zapatas. 

• Uso del hormigón de limpieza

Es importante limpiar el fondo de la excavación para eliminar cualquier material innecesario y así obtener una plataforma horizontal. La cota de hormigón de limpieza debe estar debidamente marcada y coincidir con la cota inferior de la zapata. De forma seguida debe colocarse el encofrado lateral para comprobar las dimensiones y las pendientes. Con las comprobaciones hechas, se procede a colocar el hormigón de limpieza para nivelar el fondo de la excavación y preparar la superficie para la armadura.

• Ubicación de las armaduras

Una vez comprobada la colocación de la ferralla, se lleva a cabo el replanteo de la cota del hormigonado utilizando barras de acero o pintando los lados. Después se colocan cuerdas entre las marcas para nivelar la superficie del hormigón.

Debe limpiarse la superficie de asiento de cualquier suciedad o material suelto. Se debe lavar y eliminar los restos de agua para que quede limpia y seca.

• Proceso de hormigonado

Este proceso se realiza con una grúa con cubilote. El hormigón se vierte de forma directa a una altura menor o igual a 1,5 metros teniendo cuidado de que no segregue y considerando los factores climáticos. Además, durante el hormigonado, se debe comprobar que no se produzca ningún desplazamiento de armaduras o de encofrados y no se formen coqueras, juntas o planos de debilidad. 

El hormigón se debe colocar de forma continua o en capas, con pausas cortas para que al colocar la capa siguiente, la anterior esté en estado plástico y se evite la formación de juntas frías.

Para llevar a cabo la compactación del hormigón se utilizan vibradores de aguja, introduciendo esta muy profundo en la masa vertical y retirándola lentamente y a velocidad constante. Se debe compactar en tongadas no mayores a 60 cm.

• Previsión de las juntas

Es necesario que el proyecto prevea las juntas de hormigonado. En el caso de que se produzca alguna junta no prevista, esta tendrá que ser ejecutada de manera normal siguiendo la dirección de los esfuerzos máximos. Si esto no se puede realizar, se debe formar con ella el mayor ángulo que se pueda.

Si el hormigonado se interrumpe superando esa interrupción las 4 o 6 horas, se debe limpiar la junta con un chorro de agua o aire a presión con la finalidad de que el árido quede visto.

• Proceso de curado del hormigón

El proceso de curado se realiza a través de riego de agua o de algún líquido especial de curado, también denominado filmógeno. Se debe realizar durante 7 días de forma continua y sobre toda la superficie que quede expuesta después de llevar a cabo el enrasado y vibrado de la superficie final. Este proceso evita que aparezcan fisuras de retracción plástica por la pérdida de humedad.

Si realizas el proceso con filmógeno, debes tener cuidado de que este se extienda bien sobre la superficie humedecida y saturada pero evitando que se formen charcos. Si, al contrario, lo realizas con agua, el proceso durará mínimo 4 días, aunque se puede extender a 7 si la temperatura es muy baja. Si la temperatura es alta, hay mucha humedad en el ambiente o el viento es demasiado fuerte, el proceso se debe intensificar.Con el siguiente vídeo podrás aprender de forma más visual el proceso constructivo de una zapata.

¿Qué medios se necesitan para la construcción de zapatas?

Los medios necesarios para construir una zapata son los siguientes:

¿Qué unidades de medida se utilizan?

Las unidades de medida utilizadas para los materiales son:

• Hormigón: por volumen en m³.
• Encofrado: por superficie en m².
• Acero Corrugado: por peso en Kg.

¿Qué son los Estados Límite Últimos?

Como se ha mencionado anteriormente, una de las funciones de las cimentaciones es evitar alcanzar los estados límites últimos. El Método de los Estados Límite es el procedimiento utilizado para garantizar que las estructuras cumplen unos requisitos con una adecuada fiabilidad. Los estados límite más importantes están recogidos en la siguiente tabla:

¿Qué son las Cimentaciones Profundas?

Las cimentaciones profundas son aquellas cimentaciones que transmiten las cargas recibidas de la construcción a las capas más profundas del terreno. 

Este tipo de cimentaciones se realizan a gran profundidad de la superficie del terreno con el objetivo de que la estructura de la construcción no sufra ningún daño. Suelen tener una profundidad mayor a 3 metros.

Se suelen utilizar cimentaciones profundas en los siguientes casos:

• Cuando la carga transmitida por el edificio no pueda ser distribuida lo suficiente mediante una cimentación superficial.
• Cuando se sabe que el terreno va a sufrir elevadas variaciones estacionales.
• Cuando los estratos próximos a la cimentación pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta profundidad.
• En edificios ubicados sobre el agua.
• Cuando los cimientos tienen esfuerzos a tracción, que es lo que ocurre en edificios altos.
• Para resistir cargas inclinadas.
• Para el recalce de cimientos existentes.

Hay varios tipos de cimentaciones profundas:

• Muros pantalla o muro milán

Los muros pantalla, también conocidos como muro Milán, se utilizan normalmente en edificios con alturas considerables. Estos muros actúan como un muro de contención y se caracterizan por tener algunas ventajas como el ahorro de costes o un mayor desarrollo de las superficies. Son las cimentaciones que más se usan en áreas urbanas sobre todo para edificios con sótanos, con el objetivo de que sean muros de contención del agua subterránea.

• Cimentación por sustitución

La cimentación por sustitución se realiza mediante la excavación del terreno. En esta cimentación el material que va a ser extraído y excavado tendrá la misma proporción con respecto a la construcción que se desea realizar. Es importante conocer las capas del suelo, las características de la estructura que va a sustentar y las cargas que van a actuar sobre la cimentación.

• Cimentaciones por flotación

Las cimentaciones por flotación se basan en el principio de Arquímedes, según el que los cuerpos que se sumergen en algún líquido estático van a experimentar un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del líquido que desaloja. Por este motivo en estas construcciones es importante preveer que los impermeables se ejecuten de forma perfecta haciendo el cálculo de la reacción al empuje ascendente vertical, con la finalidad de evitar que la estructura se hunda o se voltee.

• Cimentación profunda con pilotes

Las cimentaciones profundas con pilotes se instalan en el terreno utilizando diferentes técnicas capaces de encontrar a grandes profundidades el estrato del suelo que sea capaz de soportar las cargas que le transmite la estructura. Este sistema es uno de los más utilizados a nivel mundial.

• Cimentación profunda con micropilotes

Los micropilotes son elementos muy utilizados en la construcción de cimientos. Se encargan de reforzar y soportar diferentes estructuras gracias a la carcasa de acero que se encuentra en su interior. Esta carcasa se introduce después de haber realizado la perforación del terreno hasta la profundidad y con el diámetro necesario, y después se llena con concreto de alta resistencia.