Tema 7 Cimentaciones y Estructuras

Tema 7: Cimentaciones y estructuras en los edificios Diseño y construcción de edificios

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CIMENTACIONES Y ESTRUCTURAS EN LOS EDIFICIOS

1. Introducción.

2. Normativa.

3. Materiales.

3.1 Hormigón.

3.1.1 EHE

3.1.2 RC-08

3.2 Acero

4. Cimentaciones

4.1 Cimentaciones superficiales.

4.2 Cimentaciones profundas.

5. Estructuras de hormigón.

5.1 Soportes o pilares de hormigón.

5.2 Vigas de hormigón.

5.3 Forjados.

5.3.1 Forjado unidireccional de semiviguetas.

5.3.2 Forjado unidireccional de viguetas

resistentes.

5.3.3 Forjado reticular o bidireccional.

5.3.4 Placa alveolar.

5.3.5 Losa de hormigón.

5.3.6 Forjado compuesto de chapa colaborante.

5.3.7 Forjado unidireccional de viguetas

ejecutadas in situ.

6. Estructuras metálicas.

7. Representación de la cimentación y la estructura.

8. Ejercicios.


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1. INTRODUCCIÓN.

La cimentación y la estructura de un edificio son el conjunto de elementos resistentes que forman parte del mismo, dentro de estos elementos resistentes se incluyen tanto los elementos de cimentación (zapatas, pilotes, losas…) como los elementos propiamente estructurales (vigas, pilares, forjados, cerchas y muros de carga).

En este tema vamos a ver las características técnicas de los materiales empleados, diferentes soluciones para cada elemento estructural en los distintos materiales y su representación.

2. NORMATIVA.

La normativa a tener en cuenta en este tema es:

- CTE DB SE: documento básico “seguridad estructural” del código técnico de la edificación.

- CTE DB SE-C: documento básico “seguridad estructural, cimentaciones”.

- CTE DB SE-A: documento básico “seguridad estructural, acero”.

- CTE DB SE-F: documento básico “seguridad estructural, fábricas”.

- CTE DB SE-AE: documento básico “seguridad estructural, acciones en la edificación”.

- CTE DB SE-M: documento básico “seguridad estructural, madera”.

- CTE DB SI-6: documento básico “seguridad en caso de incendio, resistencia al fuego de la estructural”.

- RC-08: instrucción para la recepción de cementos.

- EHE-08: instrucción de hormigón estructural.

- NCSR: norma de construcción sismorresistente.

3. MATERIALES.

Los materiales empleados en las estructuras son: hormigón, ladrillos macizos o perforados (ya vistos en temas anteriores), acero y madera.

3.1 HORMIGÓN.

El hormigón es un material de construcción que al elaborarlo está en estado plástico pero que al poco tiempo fragua y endurece adquiriendo resistencia. Está constituido por:

- Cemento: producto que se obtiene al calcinar una mezcla de arcillas (25%) y calizas (75%), a la que se añade un regulador de fraguado (yeso) y adiciones. Su misión es ligar la mezcla al hidratarse.

- Áridos: producto de la desintegración de rocas. Emplearemos varios tamaños (fino, medio y grueso o arena, gravilla y grava) prestando


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especial atención a su granulometría. Su misión es abaratar la mezcla, reducir la retracción y dar resistencia.

- Agua: necesaria para hidratar el cemento y para dar plasticidad. Un exceso provoca más retracción y dará un hormigón menos resistente.

- Aditivos (opcional): productos que añadidos antes o durante el amasado provocan alguna modificación de las propiedades del hormigón. Ej: plastificantes/reductores de agua, superplastificantes, modificadores de fraguado (aceleradores o retardadores), inclusores de aire y multifuncionales.

Su amasado será a máquina: 1º la mitad del agua, luego la arena y el cemento a la vez, después la gravilla y la grava, por último el resto del agua.

Unos datos a tener en cuenta en un hormigón son: tipo de hormigón (en masa, armado o pretensado), tamaño máximo del árido (10, 20, 40mm...), resistencia característica a compresión (20, 25, 30, 35, 40, 45 ó 50 N/mm2 a los 28 días), tipo y clase de cemento, relación agua/cemento y consistencia (seca, plástica, blanda fluida o líquida en el cono de Abrams).

Al hacer un hormigón habrá que ver que sus componentes tengan la calidad requerida, una granulometría y dosificación correctas, así como una buena puesta en obra:

- Colocado antes de empezar a fraguar y siempre antes de 1,5h, si hace calor se verá reducido ese tiempo (salvo uso de aditivos).

- No colocarlo en caída libre a más de 2 metros, sino pierde resistencia.

- Vibrado, profundidad de 30 a 60cm.

- No hormigonar si temperatura mayor o igual a 40ºC o menor a 0ºC (salvo uso de aditivos).

- Curado: humedecerlo para evitar desecación rápida sobre todo con calor y/o viento.

- Prever juntas de dilatación.

- Juntas de hormigonado entre hormigones de distintas edades, si edad mayor a 2 h, entonces hay que picar, soplar y humedecer.

3.1.1 EHE

Es de vital importancia reseñar los aspectos más importantes contenidos en la EHE. Esta norma clasifica los hormigones en 3 grupos: en masa (aquel que es estructural y no lleva acero, sólo aguanta esfuerzos de compresión), armado (aquel que lleva barras de acero, así también aguanta tracción y por tanto flexión, está unión es posible gracias a la adherencia y a que tienen unos coeficientes de dilatación térmica similares) y pretensado (aquel que lleva armaduras que han sido sometidas a tensión).

Los aceros empleados en el hormigón armado se conocen como armaduras, barras corrugadas o ferrallas. Pueden ser barras lisas (no se usan),


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corrugadas (tienen resaltos, pueden ser: B 400 S ó SD resistencia de 400 N/mm2 ó B 500 S ó SD) o mallas electrosoldadas (vienen soldadas de taller B 500 T). Se tendrán en cuenta sus separaciones mínimas y sus recubrimientos

nominales 3cm, que dependen del ambiente, normalmente usaremos 5cm en elementos de cimentación y 3cm en estructura.

Las barras corrugadas a usar son los siguientes diámetros en mm: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32 y 40. Densidad acero = 7850 kg/m3 ó 78,5 kN/m3.

Las barras de las mallas electrosoldadas emplearán barras de los siguientes diámetros en mm: 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12 y 14.

Los hormigones se tipificarán de la siguiente forma: T – R / C / TM / A donde:

T: indica el tipo de hormigón HM, HA ó HP.

R: resistencia característica a compresión en N/mm2 a los 28 días, en HA ≥ 25.

C: consistencia o docilidad: seca (0-2cm), plástica (3-5), blanda (6-9), fluida (10-15) ó líquida (16-20). S, P, B, F o L.

Tm: tamaño máximo del árido en milímetros. 10, 20, 40...

A: designación del ambiente en tablas 8.2.2 y 8.2.3 de la EHE:

- No agresivo: I (interiores de edificios protegidos de la intemperie).

- Normal: humedad alta IIa (sótanos no ventilados, cimentaciones, hormigón en cubierta) ó humedad media IIb (construcciones exteriores protegidas de la lluvia).

- Marina: aérea IIIa (edificaciones cercanas a la costa) sumergida IIIb ó en zonas de mareas IIIc.

- Con cloruros de origen diferente al medio marino: IV (piscinas, estaciones de tratamiento de agua).

Ejemplo de designación: HA-25/B/40/IIa (hormigón armado con una resistencia a compresión de 25 N/mm2, de consistencia blanda, con un tamaño máximo de árido de 40 mm y en un ambiente normal de humedad alta).

Para amasar y curar se podrá usar agua potable, si no tendremos que hacer análisis. El agua de mar sólo se puede usar amasar y/o curar hormigones en masa. Queda prohibido añadir agua al hormigón una vez que ha sido amasado.

La resistencia del hormigón a compresión, se obtiene a partir de los resultados de ensayo de rotura a compresión, realizados sobre probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, de 28 días de edad.

En el caso de hormigones para edificación, se recomienda en general que el asiento en el cono de Abrams no sea inferior a 6 centímetros.


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Las armaduras pasivas son aquellas que se usan en el hormigón armado mientras que las armaduras activas son las que se usan en el hormigón armado pretensado, se designan: Y 1570 C, Y 1770 S2, Y 1860 S3, Y 1770 S7…

Los separadores se usan para mantener los recubrimientos, deberán ser de hormigón, mortero, plástico rígido o material similar y haber sido específicamente diseñados para este fin. Si son de plástico deben tener orificios de al menos el 25% de su superficie. Se prohíbe el uso de separadores de madera, ladrillo o restos de construcción. En zapatas irán colocados a una

distancia máxima de 50 ø 100 cm.

El recubrimiento nominal de hormigón es la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo cercos) y la superficie del hormigón más cercana. Se calcula con

r+r= r mÍnnom , siendo

generalmente Δr= 10mm y rmín = 20mm en estructura y 25mm en cimentación. Salvo si la cimentación va directa contra el terreno (no hay hormigón pobre) entonces será de 7cm.

La distancia libre, horizontal y vertical, entre dos barras aisladas consecutivas será igual o superior al mayor de los tres valores siguientes: dos centímetros, el diámetro de la barra mayor ó 1,25 veces el tamaño máximo del árido.

La máxima relación agua/cemento será 0,65 y la cantidad mínima de cemento será de 200 kg/m3 para HM y 250 kg/m3 para HA. Mientras que la cantidad máxima de cemento será de 400 kg/m3.

El canto mínimo en el borde de las zapatas de hormigón en masa no será inferior a 35 cm y de las de hormigón armado 25 cm, mientras que en encepados de pilotes será mayor o igual a 40 cm.

Los encofrados serán estancos para que se impidan pérdidas apreciables de lechada o mortero y se consigan superficies cerradas del hormigón. Los de madera se humedecerán para evitar que absorban el agua contenida en el hormigón. Las superficies interiores de los encofrados estarán limpias. Se aplicarán desencofrantes a base de barnices antiadherentes o preparados a base de aceite soluble.

La dosificación de áridos, cementos y aditivos se hará en peso.


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No se efectuará el hormigonado hasta que no se obtenga la conformidad de la Dirección Facultativa, una vez que se hayan revisado las armaduras ya colocadas en su posición definitiva.

La temperatura del hormigón en el momento de verterla en el molde o encofrado, no será inferior a 5ºC, ni la temperatura ambiente será mayor a 40ºC, ni habrá excesivo viento. Se prohíbe verter el hormigón sobre elementos (armaduras, moldes, etc.) cuya temperatura sea inferior a 0ºC. Se suspenderá el hormigonado siempre que se prevea que, dentro de las 48h siguientes, pueda descender la temperatura ambiente por debajo de los 0ºC.

Habrá que realizar controles de acero, hormigón y de la ejecución. El control del hormigón podrá ser: indirecto, al 100 por 100 o estadístico; el control del acero puede ser a nivel reducido o a nivel normal; y el control de la ejecución puede ser a nivel normal o intenso. Estos controles tienen que ver con el número de ensayos que hacemos y con los coeficientes de seguridad a emplear.

Durante el fraguado y primer período de endurecimiento del hormigón, deberá asegurarse el mantenimiento de la humedad del mismo mediante un adecuado curado, que se realizará manteniendo húmedas las superficies mediante riego directo que no produzca lavado.

En los anexos de esta normativa se contemplan otros hormigones diferentes al armado, en masa o pretensado, y son:

- Hormigón de limpieza (HL): evita la desecación del hormigón y que se mezcle el hormigón bueno con el terreno. Tendrá esta única designación HL-150/C/TM, siendo 150 los kg de cemento mínimos por m3.

- Hormigón no estructural (HNE): se usa en aceras, bordillos o rellenos de hormigón. Se designa como HNE-15/C/TM.

- Hormigón reciclado (HR): es aquel que se fabrica con árido grueso reciclado procedente del machaqueo de residuos de hormigón. Para su uso estructural se limita la cantidad de árido reciclado a un 20% del árido grueso. Se define como HRA ó HRM dependiendo si es armado o en masa.

- Hormigón ligero estructural (HLE): usa áridos ligeros como arcillas, pizarras o esquistos expandidos. Un ejemplo de designación sería HLE – 25.

- Hormigón autocompactante: aquel que se compacta por la acción de su propio peso sin necesidad de ser vibrado. Un ejemplo de designación sería HA-35/AC/20/IIIa, siendo AC autocompactante.

- Hormigones reforzados con fibras (HF): aquellos que emplean fibras de acero, polipropileno… Se designa como HAF (armado)o HMF (en masa).


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3.1.2 RC-08

Otra normativa clave es la RC-08, siendo de vital importancia conocer sus aspectos básicos. Esta norma clasifica los cementos en 2 grupos:

- Cementos del anexo 1: llevan marcado CE

- Cementos del anexo 2: cumplen con lo establecido en el RD 1313/88

Los tipos de cementos contemplados en esta norma son:

Cementos comunes (anexo 1)

Cementos comunes de bajo calor de hidratación (anexo 1)

Cementos de escorias de alto horno de baja resistencia inicial (anexo 1)

Cementos especiales de muy bajo calor de hidratación (anexo 1)

Cementos de aluminato de calcio (anexo 1)

Cementos de albañilería (anexo 1)

Cementos resistentes a los sulfatos (anexo 2)

Cementos resistentes al agua del mar (anexo 2)

Cementos comunes blancos (anexo 2)

Cementos para usos especiales: ESP VI-1 (anexo 2)

Los componentes del cemento pueden ser de dos tipos, principales y minoritarios. Los principales (95-100%) son el clinker (caliza 75% + arcilla 25%) y las adiciones. Mientras que los minoritarios son el sulfato cálcico (0-5%). También puede llevar aditivos hasta un 1% para mejorar propiedades del cemento.

Las adiciones que pueden ser empleadas son:

- S: escoria de alto horno (subproducto de los altos hornos en los que se obtiene el acero).

- D: Humo de sílice (se origina por la reducción de cuarzo de elevada pureza con carbón en hornos de arco eléctrico, para la producción de silicio, son partículas esféricas).

- P: puzolana natural (sustancias naturales de composición silícea o silíceo-aluminosa, normalmente de origen volcánico o rocas sedimentarias).

- Q: puzolana natural calcinada.

- V: ceniza volante silícea (se obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos alimentados con carbón pulverizado).

- W: ceniza volante calcárea.

- T: esquistos calcinados (particularmente bituminoso se obtiene en un horno especial a temperaturas de 800ºC).

- L y LL: caliza.


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Tabla de cementos de la RC-08 (anexo I y II)

CLASIFICACIÓN DENOMINACIÓN DESIGNACIÓN CLASE RESISTENTE

COMUNES

Portland CEM I 32.5N, 42.5N, 52.5N, 32.5R, 42.5R ó 52.5R

Portland con adiciones

CEM II - con escoria: /A-S ó /B-S

- con humo de sílice:/A-D

- con puzolanas:/A-P, /B-P, /A-Q ó /B-Q

- con ceniza volante: /A-V, /B-V,/A-W ó /B-W

- con esquistos calcinados: /A-T ó /B-T

- con caliza: /A-L, /B-L, /A-LL ó /B-LL

- mixto: /A-M ó /B-M (componentes principales de la adición)

Con escorias de alto horno

CEM III -/A, /B ó /C

Puzolánico CEM IV -/A ó /B (componentes principales de la adición)

Compuesto CEM V - /A ó /B (componentes principales de la adición)

BLANCOS blancos V Se designa igual que el cemento común o de albañilería del que proceda pero en vez de CEM ó MC ponemos BL.

Un añadido de los cementos comunes y

de albañilería

PARA USOS ESPECIALES

ESP VI-1 22.5N, 32.5N ó 42.5N

ESPECIALES DE MUY BAJO CALOR DE HIDRATACIÓN

VLH Pueden ser de escorias de alto horno, puzolánico o compuesto.

22.5, 32,5 ó 42,5

DE ALBAÑILERIA MC Sólo vale para morteros 5, 12.5, 12.5X ó 22.5X

DE ALUMINATO DE CALCIO

CAC Compuesto por clínker de cemento de aluminato de calcio Sin clase

Resistentes a los sulfatos Resistentes a los sulfatos

SR Se designan igual que el cemento de procedencia pero sin la palabra CEM, el tipo la clase y al final colocamos /SR, /MR

y la norma UNE correspondiente

Son un añadido de los comunes.

Resistentes al agua de mar Resistentes al agua del mar

MR

Los cementos se designan por su norma (algunos al final), su tipo y su clase resistente. La clase resistente indica la resistencia a compresión en N/mm2 de una probeta elaborada con ese cemento y rota a compresión a los 28 días de ser elaborada. Donde N es la resistencia inicial normal y no exige alta resistencia a compresión a los 2 días; R indica alta resistencia inicial y exige una resistencia mayor a compresión a los 2 días; y X quiere decir que están exentos de aditivo aireante.

Ejemplos de designaciones según el tipo de cemento:

Los cementos portland se designan empezando por la norma (EN 197-1) seguido de CEM I y la clase resistente (32,5- 42,5 ó 52,5) y de la letra R (alta resistencia inicial) o N (resistencia inicial normal). Ejemplo: EN 197-1 CEM I 42,5 R, corresponde a un cemento portland de clase resistente 42,5 y alta resistencia inicial.

Los cementos portland con adiciones se designan comenzando por la norma (EN 197-1) seguido de CEM II, después (/), la letra del subtipo (A ó B) separada con un guión de la letra del componente principal (S, D, P, Q, V, W, T L ó LL) y la clase resistente (32,5- 42,5 ó 52,5) y de la letra R (si es de alta resistencia


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inicial) o N (si es de resistencia inicial normal). Ejemplo: EN 197-1 CEM II/A-L 32,5N, corresponde a un cemento portland con calizas con un contenido de entre 6 y 20%, de clase resistente 32,5 y resistencia inicial normal.

Los cementos portland mixtos indicarán entre paréntesis las letras de los componentes principales empleados como adición. Ejemplo: EN 197-1 CEM II/A-M (S-V-L) 32,5N.

Los cementos portland con escorias de alto horno, los puzolánicos y los compuestos se designarán con las siglas CEM III, CEM IV y CEM V, respectivamente… Ejemplo: EN 197-1 CEM III/B 32,5N.

Los cementos comunes que tengan la característica adicional de bajo calor de hidratación añadirán al final de la designación –LH. Ejemplo: EN 197-1 CEM II/A-L 32,5N-LH.

Los cementos de escorias de alto horno de baja resistencia inicial seguirán la norma EN 197-4 y añaden al final de la designación L (baja resistencia inicial), ejemplo: EN 197-4 CEM III/B 32,5 L.

Los cementos especiales de muy bajo calor de hidratación podrán ser de escorias de alto horno, puzolánicos o compuestos, se rigen por la norma EN 14216, ejemplo de designación: EN 14216 VLH IV/B (P) 22,5.

Los cementos de aluminato de calcio se designan con su norma y CAC, ejemplo: EN 14647 CAC, no tienen clase resistente.

Los cementos de albañilería se designan con su norma, MC, la clase resistente y una X (si no lleva aditivo inclusor de aire) ejemplo: EN 413-1 MC 12,5X.

Los cementos resistentes a los sulfatos se designan igual que el cemento común pero sin CEM y al final añadimos SR y la norma UNE. Ejemplo: I 42,5R/SR UNE 80303-1. Si tuviese además bajo calor de hidratación se pondría antes de /SR las letras LH, ejemplo: I 42,5R-LH/SR UNE 80303-1.

Los cementos resistentes al agua de mar se designan igual que el cemento común pero sin CEM y al final añadimos MR y la norma UNE. Ejemplo: III/B 32,5R/MR UNE 80303-2. Si tuviese además bajo calor de hidratación se pondría antes de /MR las letras LH, ejemplo: III/B 32,5N-LH/MR UNE 80303-2.

Los cementos blancos se designan igual que el cemento de procedencia pero sustituyendo CEM o MC por BL y poniendo la norma UNE al final. Ejemplos: BL I 42,5 R UNE 80305 y BL 22,5 X UNE 80305.

Los cementos para usos especiales se designan con ESP VI-1, la clase resistente y la norma UNE. Ejemplo: ESP VI-1 22,5N UNE 80307

3.2 ACERO.

El acero al que nos referimos en este epígrafe es el empleado en las estructuras metálicas y no como ferralla en el hormigón armado.

El acero es una aleación hierro carbono (<2.14%) se obtiene en los altos hornos y en los convertidores (reducen la cantidad de carbono del producto).


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La designación de los aceros para construcción metálica según UNE utiliza una notación alfanumérica que comienza con la letra S (acero estructural = Structural steel), seguida de 3 dígitos que indican el valor mínimo del límite elástico expresado en N/mm2 para e ≤ 16mm a los que se añaden otras letras y números que corresponden al grado y otras aptitudes. En la siguiente tabla se muestra la relación entre las designaciones utilizadas en la normativa anterior (EA-95) y las designaciones actuales de la norma UNE para los productos laminados en caliente más usuales:

Designación antigua (NBE EA – 95)

Designación según UNE-EN 10025

A –37 b ---

------- S 235 JR

A –37 c S 235 J0

A –37 d S 235 J2

A 42 b (2) ---

A 42 c (2) ---

A 42 d (2) ---

(1) S 275 JR

(1) S 275 J0

(1) S 275 J2

A 52 b S 355 JR

A 52 c S 355 J0

A 52 d S 355 J2 ó k2

-------- S 450 J0 (1) Estas designaciones se corresponden con A 44 b, A 44 c y A 44 d. (2) Ha dejado de fabricarse

La norma europea permite usar los aceros S 185, E 295, E 355 y E 360 pero no son aptos para estructuras metálicas.

Los productos que vamos a emplear en estructuras metálicas se clasifican en:

Perfiles y chapas de acero laminado: obtenido por laminación en caliente, deben llevar las siglas marcadas a intervalos en relieve o con pintura indeleble, se dividen en las siguientes series:

- IPN: doble T, pendiente del ala 14%. IPN-200 mm

- IPE: doble T. IPE-200

- HEB, HEA y HEM: doble T normal, ligera o pesada. HEB- 200

- UPN: forma de U, pendiente del ala 8%. UPN-200

- Perfil L: forma de L. L40.5

- Perfil LD: forma de L. L40.25.4

- Perfil T: forma de T

- Redondo: es macizo con diámetro de 6 a 50mm. 6

- Cuadrado: es macizo con lado de 6 a 50 mm. #6

- Rectangular: anchura < 50mm. =30.10


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- Chapa: anchura > 50 mm e=10

Perfiles huecos de acero: conformados en frío solo con acero A 44 b ó S 275 JO, se dividen en:

- hueco redondo: 100.4

- hueco cuadrado: #80.3

- hueco rectangular: #160.120.3

Perfiles y placas conformadas de acero: solo realizados con acero A37-b ó S 235 JR. Pueden ser L, LD, U, C, omegas o Z y las placas pueden ser onduladas, grecadas...

4. CIMENTACIONES.

La cimentación es la parte inferior del edificio, es un elemento intermedio entre edificio y terreno, su misión es transmitir al terreno las cargas que recibe de la estructura, asegurando la sustentación y estabilidad del edificio. Es fundamental ya que si es insuficiente sus refuerzos a posteriori son difíciles y costosos.

El empleo de un sistema de cimentación y su dimensionado depende de las cargas y del terreno sobre el que apoya, de tal forma que cuanto menos resistente sea el terreno y más cargas tenga mayor será la cimentación. σ adm = N/S (Tensión admisible = carga / superficie). La tensión admisible es la presión que es capaz de soportar el terreno pero quedando lo suficientemente lejos de la rotura. Se mide en: MPa = 106Pa = 106 N/m2 =10 kg/cm2.

El terreno es la parte superficial de la corteza terrestre. Los terrenos según el CTE DB SE-C clasifican en 3 grandes grupos:

T-1 Terrenos favorables: aquellos con poca variabilidad y en los que se suele hacer cimentación directa mediante zapatas aisladas.

T-2 Terrenos intermedios: aquellos con variabilidad, o que en la zona no se recurre a la misma solución de cimentación, o en los que puede haber rellenos de menos de 3m de profundidad hechos por el hombre.

T-3 Terrenos desfavorables: los que no se pueden clasificar en los grupos anteriores y que suelen ser:

suelos expansivos

suelos colapsables

suelos blandos o sueltos


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terrenos kársticos en yesos o calizas

terrenos variables en cuanto a composición y estado

rellenos de más de 3 metros hechos por el hombre

terrenos deslizantes

rocas en coladas delgadas o con cavidades

terrenos con desnivel superior a 15º

suelos residuales

marismas

Antes de hacer el diseño de un edificio es necesario saber el tipo de terreno sobre el que estará nuestro edificio para conocer su tensión admisible y los posibles asientos (hundimiento del terreno debido al peso del edificio), para ello nos desplazaremos al solar y haremos un reconocimiento visual de obras y edificios colindantes, nos informaremos sobre su sistema de cimentación, corrientes de agua, nivel freático, túneles, preguntaremos a algún paisano o en el ayuntamiento, pero todo esto es orientativo. Estamos obligados a realizar un estudio geotécnico (sin el cual no podremos contratar el seguro decenal del edificio, siendo este imprescindible para que se nos conceda una hipoteca), este estudio nos permitirá inclinarnos por un sistema de cimentación u otro. Para realizar un estudio geotécnico tendremos que realizar alguna de las siguientes prospecciones: calicatas, sondeos mecánicos, pruebas continuas de penetración o métodos geofísicos.

Las cimentaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos:

superficiales o directas: se construyen a poca profundidad y en terrenos que tienen una tensión admisible suficiente (zapatas, emparrillados y losas).

profundas: se usan cuando el firme está profundo o el terreno es poco resistente (pilotes y muros pantalla).

4.1 CIMENTACIONES SUPERFICIALES.

Las zapatas pueden ser aisladas, combinadas o corridas:

- Las zapatas aisladas se usan para cimentar un solo pilar que puede ser de hormigón (esperas) o metálico (placas de anclaje), básicamente son un dado de hormigón con, al menos, una parrilla de acero en la cara

inferior, dicha armadura será ≥ 12mm y separación menor o igual a 30 cm. Suelen ser de planta cuadrada o rectangular. Pueden ser centradas, medianeras o de esquina. Según la relación existente entre

vuelo (V) y altura o canto (h, de cara al cálculo interesa que h 50cm) se clasifican en:


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rígidas: v ≤ 2h

flexibles: v ≥ 2h

- Las zapatas combinadas son aquellas que cimentan dos ó más pilares

contiguos. Sufren tracción en cara superior por lo que llevarán armaduras tanto en cara inferior como superior. Generalmente tienen forma rectangular.

- Las zapatas corridas son unas

zapatas alargadas que cimentan muros ó 3 ó más pilares alineados. Cuando cimentan muros de hormigón hay que dejar esperas, cuando el muro que apoya en la zapata corrida es de ladrillo se pueden cimentar con vigas de 60 x 60

cm y 6 16 de armadura

longitudinal, más 2 12 de

armadura de piel y c 6 cada 25 cm.


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Normalmente las plantas de cimentación van acompañadas de un cuadro en el que aparecen las dimensiones de las zapatas y su armadura, se llama “Cuadro de Zapatas”. También es necesario hacer otro cuadro para las vigas de cimentación.

Ref. X(m) Y(m) H(m) Arm X Arm Y Esperas

1 1.75 1.75 0.5 10 12/24cm 10 12/24cm 4 16 (30+140)

Planta de los diferentes sistemas de cimentación superficial.

Los arriostramientos son elementos de cimentación que se emplean para atar entre sí zapatas, pueden ser:

- Vigas de atado o riostras: son vigas de cimentación que unen dos zapatas para evitar desplazamientos laterales, absorbe fuerzas horizontales, se emplea especialmente en zonas de elevada sismicidad. Son unos elementos lineales de hormigón armado con una armadura longitudinal que va de pilar a pilar y una armadura transversal ó cercos (van en toda la viga, menos en el espacio ocupado por las esperas del pilar), como armadura longitudinal podrían valer 4 ø 12 (una en cada esquina) y como cercos barras de ø 6@25.


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- Vigas centradoras: son vigas de cimentación que atan dos zapatas

cuando una de ellas es descentrada, absorben los momentos y redistribuyen cargas en el terreno. Son unos elementos lineales de hormigón armado con una armadura longitudinal que va de pilar a pilar y una armadura transversal ó cercos, la armadura longitudinal es más importante en la cara superior.

El emparrillado es un elemento de cimentación superficial que se usa

cuando el terreno tiene baja capacidad de carga o haya heterogeneidades que haga prever asientos elevados. Se trata en una cimentación para todos los pilares consistente en zapatas corridas entrecruzadas ortogonalmente. Da una gran rigidez evitando asientos diferenciales

La losa es un elemento de cimentación superficial que se emplea cuando el área cubierta por posibles cimentaciones aisladas cubra toda o casi toda la planta del edificio. Consiste en una gran masa de hormigón armado que cubre toda la superficie del edificio, lleva dos parrillas, una abajo y otra arriba a parte de innumerables armaduras de refuerzo.

La solera es un elemento que hace de cierre horizontal del edificio, es de hormigón y apoya directamente en el terreno, suele

llevar un pequeño mallazo ( 6 15 x 15 cm). Para evitar el paso de la humedad se puede hacer sobre un encachado (capa de gravas limpias de unos 15 cm de espesor) y una lámina plástica de polietileno. Otras opciones: hacer una solera ventilada apoyada


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sobre “iglús” de plástico o impermeabilizar la solera colocando debajo una capa de bentonita (clase de arcilla en polvo).

Todos los elementos vistos hasta ahora deben llevar en su parte inferior una capa de hormigón de limpieza, HL , de al menos 10 cm de espesor cuya misión es crear una superficie plana y en suelos permeables evitar que el suelo chupe la lechada de cemento del hormigón quedando los áridos mal recubiertos. Por ejemplo: HL-150/B/20.

Cuando un elemento a cimentar tenga dos parrillas, la de arriba se coloca sobre unos pates o asnillas que apoyan en la de abajo.

4.2 CIMENTACIONES PROFUNDAS.

Dentro del apartado de cimentaciones profundas vamos a ver los pilotes y los muros pantalla.

Los pilotes son unos elementos de cimentación profunda hechos con hormigón armado y que tienen forma cilíndrica o prismática, se usan cuando el firme está profundo o cuando vamos a hacer un sótano y nuestro edificio está entre medianerías. Se pueden hacer varias clasificaciones de los pilotes:

Por su forma de trabajo:

- Pilotes por fuste o pilotes flotantes: transmiten su carga al terreno a través del fuste.

- Pilotes por punta o pilotes columna: aquellos que transmiten la carga por la punta.


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Por su procedimiento constructivo: Pueden ser prefabricados o ejecutados in situ, de acero, madera o mixtos, nos vamos a centrar en los dos primeros:

- Los pilotes prefabricados son de sección prismática o circular, de hormigón armado, se hincan a martillazos en el terreno, sin hacer una excavación previa, mediante una máquina que tiene una gran maza para golpear. Pueden ser de una pieza o de varias. Al igual que los otros deben descabezarse y tener un encepado. Inconvenientes: se pueden romper, generan vibraciones al hincarlos y ruidos. Ventajas: tienen más control de calidad.

- Los pilotes ejecutados in situ son cilíndricos, con una armadura longitudinal y unos cercos helicoidales, se hacen en la propia obra y básicamente consisten en una excavación con una barrena en la que se coloca la armadura para pasar a hormigonar de abajo a arriba mediante una bomba y un tubo “tremie”. Se descabezarán y llevarán un encepado, existen varios tipos:

pilotes con desplazamiento de azuche

pilotes de desplazamiento de tapón de gravas

pilotes de extracción con entubación recuperable

pilotes de extracción con camisa perdida

pilotes de extracción sin entubación con lodos tixotrópicos (arcilla muy liquida que evita el desmoronamiento del terreno, se añade al agujero conforme se va excavando, de tal modo que al acabar la excavación el hueco está lleno de lodo, después según se vaya hormigonando se recuperará el lodo con un tubo y una bomba, pudiéndose volver a utilizar)

pilotes barrenados sin entubación

pilotes barrenados hormigonados por el tubo central: barrena con tubo de hormigón incorporada en su eje, cuando se acaba de excavar, a la vez que se saca la barrena se suelta el hormigón

pilotes de desplazamiento por rotación.

Pasos para la ejecución de un pilote ejecutado in situ y su encepado.

El encepado es un dado de hormigón armado que apoya sobre uno o varios pilotes y del que saldrá un pilar. Es el nexo de unión entre pilar y pilote, suelen ir arriostrados con vigas de atado. Antes de realizarlo hay que


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descabezar el pilote (así se elimina el hormigón que se ha mezclado con el terreno), luego se excava el hueco del encepado, después se echa el hormigón pobre excepto sobre el pilote, se colocan las armaduras del encepado (una jaula) y las esperas del pilar y se hormigona.

Detalle de encepado para 3 pilotes.

Los muros pantalla son unos elementos de hormigón armado que se

emplean para hacer sótanos en núcleos urbanos en los que hay medianerías o aparcamientos subterráneos bajo grandes avenidas o parques. Su proceso constructivo consiste en primero hacer el muro perimetral de los sótanos y luego excavar su interior. Con este método se evita recalzar cimientos colindantes. Durante su ejecución será necesario colocar unos refuerzos temporales mediante estructuras metálicas o con anclajes metálicos, tensores y hormigón. Como no tiene zapatas se prolonga por debajo de la cota del sótano más profundo. Si es necesario aislarlo de la humedad se hará con una cámara bufa. Posteriormente se arriostrará con forjados o anclajes metálicos.

Fases de la ejecución de un muro pantalla:

- Replanteo y ejecución de muretes guía de hormigón armado: guiaran a las cucharas bivalvas, para que estas trabajen verticalmente en el lugar correcto.


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- Excavación del sótano con cucharas bivalvas con o sin lodos tixotrópicos, pero por bataches (ancho de cuchara de 2,5 a 4,5m).

- Colocación de armaduras (parrilla en dos caras) y juntas perimetrales (metálicas que se retiran poco después de echar el hormigón, sirve para que el hormigón no se mezcle con las tierras del batache aún no realizado) en el batache.

- Vertido del hormigón con bomba de abajo a arriba y recuperación de lodos en el batache en cuestión.

- Una vez realizado por bataches (partes) la excavación, colocación de armadura y el hormigonado de todo el perímetro se pasa a descabezar la parte superior del muro.

- Atado de todo el perímetro (los distintos paneles de hormigón hechos por bataches) con una viga de coronación.

- Realización de vaciado colocando los refuerzos temporales para sujetar las tierras, mediante estructuras metálicas auxiliares o anclajes metálicos con hormigón inyectado hasta la realización de los distintos forjados del sótano.

- Realización de la cimentación superficial del interior (zapatas y vigas de atado) y la solera.

Los muros pantalla también se pueden realizar con paneles prefabricados o con pilotes más o menos separados según sea la consistencia del terreno.


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5. ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN.

Las estructuras de hormigón son el conjunto de elementos resistentes

de hormigón armado cuya función es soportar las cargas del edificio y

transmitirlas al terreno a través de la cimentación. Los elementos estructurales

los dividimos en soportes o pilares, vigas y forjados (los muros ya los tratamos

brevemente en un tema anterior). Es imprescindible entender el

funcionamiento de las estructuras de modo que el forjado recibe las cargas, las

transmite a las vigas, éstas a su vez a los pilares o muros en que se apoyen,

éstos a su vez a la cimentación y por último la cimentación transmite las

cargas al terreno.

5.1 SOPORTES O PILARES DE HORMIGÓN

Los soportes o pilares de hormigón armado son unos elementos

estructurales lineales y verticales sometidos principalmente a esfuerzos de

compresión que puede ser simple o compuesta (compresión + flexión). Si

los pilares recibieran única y exclusivamente compresión centrada bastaría con

hacerlos de hormigón en masa, pero la rigidez de los nudos (unión de pilar

con vigas) hace que estén sometidos a ciertas flexiones por lo que es necesario

armarlos.

La sección de los pilares será poligonal, casi siempre un cuadrado, un

rectángulo o circular. Pueden ser prefabricados o ejecutados in situ. Sus

dimensiones (a y b) serán siempre múltiplos de 5cm, no pudiendo ser menor

de 25cm para los ejecutados in situ.

Estos elementos deben ser encofrados, hace

décadas se hacían de madera pero desde hace años este

sistema está en desuso debido a su elevada mano de obra,

ahora el sistema más empleado en pilares cuadrados o

rectangulares es el encofrado metálico basado en placas

que tienen la altura del pilar o de unos 60x30cm,

teniendo uno de los bordes perforados cada 5cm y el

opuesto lleva unos salientes de igual diámetro que las


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perforaciones que sirven para su unión vertical. Se

montan por hiladas a modo de esvástica, cambiando el

giro en hiladas sucesivas, para el arranque se colocan unas

pletinas con salientes con las que se fija el replanteo del

pilar. A veces es necesario apuntalarlos. Suelen llevar

unas chapitas con taladros que hacen de tirantes evitando

que se abra el encofrado. En pilares cilíndricos se

emplean unos encofrados hechos de una especie de

cartón tipo “tetrabrick” o dos canales semicirculares de

metal.

El desencofrado se puede realizar al día siguiente en verano y a los 2 ó

4 días en invierno.

La armadura que debe llevar es de dos tipos: longitudinal y transversal.

-Armadura longitudinal o principal: trabaja a compresión pero

también absorbe flexiones. Deben ser de Ø≥ 12mm, con una barra como

mínimo en cada esquina y 6 barras en los cilíndricos, la cuantía mínima será

del 4‰ de la sección de hormigón, se organiza en 2 ejes de simetría, esta

armadura será constante en toda la altura del pilar. Habrá que dejar esperas

(prolongando barras) en cada planta cada vez que unamos distintos elementos

cimentación con pilar, pilar con viga, viga con pilar, siendo estas en la última

planta en forma de patillas.

A veces para evitar el movimiento de las armaduras metálicas se

colocan unas barras oblicuas que garantizan la indeformabilidad de la

armadura longitudinal durante el transporte y puesta en obra.

-Armadura transversal: su misión es atar a la armadura longitudinal

para evitar su pandeo, se le llama cerco o estribo.

Detalles de estribos Tabla de cercos


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El hormigonado de un pilar se hace en distintas fases. Primero desde la

cara superior de la zapata a la cara inferior de la viga, después se hormigona la

viga, a continuación el pilar de esa planta hasta la cara inferior de la viga y así

sucesivamente. Pero siempre hay que dejar esperas (longitud de solapes)

entre una fase y otra, salvo en la última planta que pondremos patillas

(anclaje horizontal). Esta longitud se obtiene en tabla adjunta.

Diferentes nudos Nudo A Nudo B Nudo C

Detalle de unión de pilar y viga Detalle de unión de pilares Tabla de longitudes de esperas y patillas

5.2 VIGAS DE HORMIGÓN.

Las vigas son elementos estructurales, lineales, horizontales o

inclinados (ej: escaleras) sustentadas en pilares o muros a los cuales transmiten

las cargas de los forjados y muros que apoyan en ellas. Trabajan

principalmente a flexión y a cortante. La compresión de la flexión se absorbe

con hormigón y con armadura longitudinal de montaje; la tracción con

armadura longitudinal y los refuerzos; y el esfuerzo cortante con hormigón y

armadura transversal, cercos o estribos.

Por su forma con respecto al forjado pueden ser:


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-Vigas con cuelgue: en las que el canto de la viga es superior al del forjado y

sobresalen por la parte inferior. Como ventaja presentan un momento de

inercia mayor que las planas por lo que son más resistentes pudiendo cubrir

más luz. El inconveniente es que estéticamente no funcionan tan bien y

complican su revestimiento con pasta de yeso y las pinturas, salvo que se

emplee un falso techo.

-Vigas planas o ratas: son las que quedan totalmente embebidas en el canto del forjado. Son las utilizadas en edificios de viviendas permiten cubrir una luz máxima de unos 6m, su canto puede ser de 24+5 cm.

Por su forma de apoyo pueden ser: vigas apoyadas (en puentes), empotradas, continuas y en voladizo.

Pueden ser prefabricadas o ejecutadas in situ. Su sección se expresa: dxb (canto por ancho) que deben ser múltiplos de 5 (salvo para las planas) y > 20cm para las fabricadas in situ.

Las armaduras empleadas en vigas pueden ser de dos tipos:

longitudinal y transversal.

Detalle de desglose de armaduras de viga

-Armadura longitudinal: debe llevar como mínimo una barra en cada

esquina, es la armadura de montaje, necesitando llevar refuerzos en la cara

superior donde haya momentos de negativos y en la cara inferior cuando se

presente momentos de positivo, es decir, el número de barras y su sección

cambiará a lo largo de la viga según varíen los esfuerzos a que esté sometida.

Debe tener un eje de simetría vertical. Se representa por medio del desglose

de armaduras. La armadura de piel es una armadura longitudinal que se

emplea en vigas de gran canto cuando la distancia entre barras (superiores e


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inferiores) es a 30cm, si no se colocan aparecen pequeñas fisuras, la

armadura de piel no necesita cercos.

También suelen llevar barras oblicuas auxiliares como en los pilares.

-Armadura transversal: llamada cercos o estribos, ayuda al hormigón

en el esfuerzo cortante. Su separación cambiará según varíe el cortante, cuanto

mayor sea el cortante, más juntos irán los cercos. Nunca entran en el pilar.

Estos elementos al igual que los pilares

también deben ser encofrados. El material del

encofrado suele ser de madera (a veces

protegida contra la humedad) o metálico. La

viga se encofra conjuntamente con el forjado

que va a sustentar, ya que se hormigonan a la

par. El encofrado tiene tres partes: fondo (cara

inferior de la viga), costeros (cara o caras

laterales) y testas (caras pequeñas de las vigas).

5.3 FORJADOS

El forjado es un elemento estructural y superficial que tiene función

resistente (flexión y cortante) y de separación entre pisos. Recibe cargas,

tanto permanentes (peso propio, solados, muros…) como variables

(sobrecarga de uso o peso de nieve) y se las transmite a las vigas.

En el mercado existe gran variedad de forjados pero nosotros

nos vamos a centrar en los siguientes:

5.3.1 Forjado unidireccional de semiviguetas

Este forjado es el que emplea semiviguetas (elemento resistente) y bovedillas (elemento de relleno). Las semiviguetas (a veces se colocan dos seguidas) son de hormigón armado pretensado se separan unos 60cm ó 70 cm entre ejes y este espacio se rellena con unas piezas cerámicas, de corcho blanco u hormigón llamadas bovedillas, la fila de bovedillas que toca a la viga se suele suprimir macizándose de hormigón (para aumentar la resistencia a cortante) otras veces se coloca una armadura de enlace entre la vigueta y la viga. Encima de la semivigueta en la zona de unión con la viga se coloca uno o dos redondos o barras de acero llamados negativos, sirven para absorber el momento negativo. En toda la superficie del forjado se coloca una malla electrosoldada metálica, mallazo de reparto (Ø6 20x30 B 500T), y se hormigona con una capa, llamada capa de compresión, de 4cm ó 5cm de espesor.


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El forjado y la viga se hormigonarán a la vez. Este tipo de forjado se debe sopandar durante unos 30 días, es decir, debe apuntalarse hasta que su hormigón adquiera resistencia.

Características de materiales de un forjado unidireccional

Detalle de semivigueta Detalle de bovedilla y dimensiones


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Los zunchos son unos elementos de hormigón armado que se colocan

en los bordes de los forjados en los lugares donde no exista viga, pueden ser

de borde (cuando son paralelos a las viguetas) o de atado (cuando son

perpendiculares a las viguetas). Se hormigonan a la vez que la viga y que el

resto del forjado.

También existen otros elementos llamados brochales o vigas

embrochaldas que recogen cargas y las transmiten a una viga o zuncho.

5.3.2 Forjado unidireccional de viguetas resistentes

Este forjado es muy parecido al anterior, pero en

vez de llevar semiviguetas lleva viguetas resistentes o

doble T de hormigón armado. Su construcción es similar

pero permite reducir o eliminar el sopandado, por eso,

es ideal para hacer forjados sanitarios (forjado de la planta

inferior del edificio que deja una pequeña cámara de aire

y que obviamente no puede ser sopandado).

5.3.3 Forjado reticular o bidireccional

Este tipo de forjado se caracteriza porque no tiene vigas, sino unos nervios de hormigón armado ejecutados in situ en dos direcciones perpendiculares, el ancho mínimo de los nervios es de 7cm, llevando una armadura longitudinal arriba (absorbe momentos de negativos) y otra abajo (absorbe momentos de positivos). El espacio entre nervios es ocupado por unos casetones o bañeras de plástico que en algunos casos son recuperables, una vez endurecido el hormigón quedando el hueco.

Planta de forjado reticular: pilar, ábaco, nervio, casetón y nervio perimetral.

Sección detalle de forjado reticular.


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Como no llevan vigas, el apoyo de los nervios en los pilares se soluciona con un macizado, llamado ábaco o capitel, que lleva dos parrillas una en cara inferior y otra en cara superior, también lleva otra llamada de anclaje para reforzar la unión soporte-ábaco. El ancho del ábaco será > 0.15 l (l = luz entre pilares).

Lleva capa de compresión con mallazo de reparto. En el perímetro tendrá un nervio perimetral de ancho >25cm. Los pilares no tienen por qué estar alineados, permite un pequeño margen, lo que da mayor libertad para la distribución de espacios.

Detalle de forjado reticular con ábaco centrado Perspectiva de forjado reticular

Sección de forjado reticular con ábaco centrado.

Para su construcción creamos un entablado bajo los ábacos y en la zona de nervios ponemos dos líneas de sopandas sobre las que colocamos los casetones, (actualmente se entabla toda la superficie del forjado, de este modo es más seguro), entonces colocamos los casetones, las armaduras de los ábacos, los nervios (mediante separadores) y el mallazo de reparto, pasando a hormigonar conjuntamente nervios, ábacos y capa de compresión.


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También se puede construir este tipo de forjado con casetones no recuperables de poliestireno expandido o de mortero de cemento.

5.3.4 Placa hueca (alveolar) de hormigón armado pretensado

Este forjado está formado por unas grandes placas de hormigón armado (con agujeros longitudinales) que apoya en vigas metálicas, de hormigón o muros. No lleva bovedillas, ni casetones. No necesita encofrado ni apuntalamiento, por lo que es más rápida su ejecución. Suele llevar capa de compresión, armadura de reparto y una armadura entre placa y placa. Su canto es de 16, 20, 25, 30, 35, ó 40cm, con 2 anchos 60 y 120 cm (variables según el fabricante). Se emplea tanto en forjados (de viviendas unifamiliares o naves industriales) como en cerramientos (naves industriales). Necesita de una maquinaria específica para ser colocado.

Detalles de losas alveolares

5.3.5 Losa de hormigón

Este forjado está hecho de hormigón armado exclusivamente, además se ejecuta in situ. Se suelen usar para hacer las losas de escalera. Se apoyan en vigas por lo que trabajan en un sentido, en el que llevarán una armadura principal y en el perpendicular una de reparto. Llevan dos parrillas, una en cada cara, pero en las caras traccionadas tendrán más acero. Se tiene que encofrar toda su superficie, lo ideal, por cuestiones de seguridad, es hacer el peldañeado de hormigón a la vez


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que la losa, para lo que habrá que encofrar la tabica del peldañeado.

5.3.6 Forjado compuesto de chapa colaborante

Es un sistema mixto de construcción formado por un perfil de acero galvanizado (chapa grecada) que además de actuar como encofrado del hormigón, colabora en la resistencia de la losa sustituyendo total o parcialmente a las armaduras (inferiores) de tracción del forjado. Se fundamenta en que los elementos trabajan conjuntamente, para ello es imprescindible conseguir una adherencia entre acero y hormigón, que se consigue gracias a unos salientes y entrantes que llevan los perfiles. Se emplea apoyado en vigas metálicas, para facilitar la unión entre ambos deben colocarse unos conectores metálicos.

Detalle de forjado de chapa colaborante apoyado sobre viga void

Detalle de forjado de chapa colaborante

Se suele usar hormigón HA-25 con un espesor que va de 4 a 12cm y con un espesor de perfil de 0.7, 0.8, 1 ó 1.2mm.

Este tipo de forjados tiene como ventaja la ausencia de encofrados, la rápida ejecución de la obra, la disponibilidad de uso inmediata en las plantas construidas, bajo espesor de losa y ahorro de apuntalamientos.

5.3.7 Forjado unidireccional de viguetas ejecutadas in situ

Es parecido al forjado unidireccional de viguetas pero éstas en vez de ser prefabricadas se hacen en obra, para ello se tiene que encofrar toda la superficie inferior del forjado. Luego se coloca la armadura de las vigas, la de las viguetas (incluso negativos) y zunchos, se ponen las bovedillas (sin orejas) y el mallazo, para proceder a hormigonar vigas, viguetas, zunchos y capa de


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compresión a la vez. Tiene como ventaja que es más seguro y que no se depende de que la medida de las viguetas este mal.

6. ESTRUCTURAS METÁLICAS. Las estructuras metálicas son aquellos elementos estructurales hechos

de acero, como las placas de cimentación, los pilares, las vigas, los zunchos, los forjados de viguetas metálicas y las cerchas. Queda fuera de este epígrafe la ferralla del hormigón armado.

Las distintas piezas que conforman las estructuras metálicas se pueden unir entre sí de dos maneras: uniones fijas (roblones o soldadura) o uniones desmontables (tornillos):

Roblones: no se usan en la actualidad, pero pueden aparecer en rehabilitaciones. Son unos cilindros de acero con cabeza, se coloca en el agujero, se aplica calor al extremo y se golpea (nunca manualmente).

Tornillos: elementos de acero formados por cabeza hexagonal, vástago cilíndrico cuya parte final va roscada, permite su cierre con una arandela y una tuerca. Se evita el desajuste de la tuerca con contratuerca, arandela grover, pasador en el vástago, punto de soldadura o rompiendo la rosca.

Soldadura: sólo está permitida la realizada por arco eléctrico. El acto de soldar se basa en un elemento generador del que salen dos pinzas con una se toma el electrodo (se funde, depositándose sobre las piezas y produciendo la unión) y con la otra se cierra el circuito sobre el elemento a soldar. La soldadura puede ser a tope o de rincón. El material de aportación tendrá unas características mayores que el material base.

Es importante realizar una comparativa entre las estructuras metálicas y

las estructuras de hormigón armado. De esa comparación obtenemos las siguientes ventajas e inconvenientes:

- Ventajas: material con más control de calidad, más rapidez de ejecución, ocupa menos espacio en planta, menos peso y es un material fácilmente reciclable.

- Inconvenientes: oxidación y corrosión, así como poca resistencia al fuego.

La oxidación y corrosión se evitan limpiando la pieza con chorro de arena o cepillado metálico y dando una capa de pintura antioxidante o metalización o galvanización. Además hay que evitar el contacto directo con yeso y con aluminio.


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La estructura metálica debe protegerse del fuego, ya que a 500º pierde la mitad de la resistencia y sufre dilataciones que la dejan inutilizable. La solución es emplear algunas de las siguientes propuestas: pinturas ignifugas (no arden ni propagan la llama) o intumescentes (al contacto con el calor se hinchan creando una capa esponjosa que se carboniza protegiendo al metal retardando su calentamiento), forrarlas con algún elemento como cartón yeso o tabicones de ladrillo con mortero de cemento, masividad...

Los diferentes usos de las estructuras metálicas son:

Placas de anclaje para cimentación: placas con garrotas u horquillas soldadas o atornilladas que se embeben en la cimentación, deben estar perfectamente niveladas. Se pueden emplear dos métodos:

- Con garrotas soldadas: antes de hormigonar la zapata se coloca la placa de cimentación con las garrotas (no necesitan apoyar en la parrilla de la zapata) que previamente han sido soldadas a la placa. Debe estar perfectamente nivelada, pues una vez hormigonada no permite movimientos. A continuación se procede a soldar el pilar a la placa, a veces hay que reforzar la unión con cartelas (chapas de refuerzo).

- Con garrotas atornilladas: consiste en colocar, antes de hormigonar, las garrotas (no necesitan apoyar en la parrilla de la zapata) con su correspondiente placa por medio de unas tuercas con arandelas. Entonces se hormigona hasta un nivel inferior al de las tuercas. Una vez hormigonada la zapata se nivela perfectamente la placa jugando con esas tuercas. A continuación ponemos encima de la placa otras tuercas y arandelas. Por último el espacio entre el hormigón y la placa se rellena con un mortero sin retracción. A continuación se procede a soldar el pilar a la placa, a veces hay que reforzar la unión con cartelas (chapas de refuerzo).


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Detalle de zapata

con placa de anclaje

Pilares o soportes metálicos: usamos elementos de inercia similar en las dos direcciones como HEB, 2 UPN (en cajón cerrado o en abierto con las alas hacia fuera o hacia dentro), también perfiles huecos. La excepción es emplear IPE cuando solo requiera inercia en una dirección. Los pilares se unen entre sí con unas placas de transición y los de las últimas plantas deben llevar una placa de terminación. La unión de pilar a placa suele ser con soldadura.


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Detalle de pilar (HEB) con placa de anclaje.

Detalle de pilar (2 UPN en cajón abierto, alas hacia dentro) con placa de anclaje.

Detalle de pilar (2 UPN en cajón cerrado) con placa de anclaje.

Detalle de pilar (Hueco redondo) con placa de anclaje.

Vigas, viguetas y correas: empleamos elementos de más inercia en la dirección X, que es la perpendicular a los esfuerzos, por ejemplo IPE e IPN. También podemos emplear vigas alveolares o Void o vigas de inercia variable, fabricadas a partir de los perfiles anteriores. A veces se emplean HEB como vigas.


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Detalle unión empotrada de pilar (HEB) con viga (IPE) en última planta.

Detalle unión articulada de pilar (HEB) con viga (IPE) en planta intermedia.

Detalle unión articulada de pilar (2 UPN en cajón abierto) con viga (IPE) en última planta.

Detalle unión articulada de pilar (2 UPN en cajón cerrado) con viga (IPE) en última planta.


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Detalle construcción de una viga Void.

Detalle construcción de una viga de inercia variable.

Detalle viga de inercia variable empleada en una marquesina o viga de cubierta.

Proceso para colocar una viga sobre dos pilares. Los pilares llevaran los correspondientes casquillos de montaje (“L” metálica). Se alza la viga con una grúa y una eslinga, se apoya la viga en los casquillos de montaje (es necesario que la placa de transición o terminación deje holgura para ello). Entonces se procede a soldar entre 1/3 y 2/3 del alma de la viga al pilar en el caso de unión articulada o toda el alma en el caso de unión empotrada. Durante la ejecución de la soldadura la eslinga seguirá sujetando la viga. Una vez terminada la soldadura se procederá a retirar la eslinga.

Detalle de unión de viga con vigueta con platabanda.


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Detalle de unión de viga con vigueta sin platabanda.

Cerchas: generalmente formadas por una o dos L unidas en unos puntos llamados nudos por medio de una chapa a la que se sueldan o por perfiles tubulares que se soldarán en los nudos unos contra otros.

7. REPRESENTACIÓN DE LA CIMENTACIÓN Y LA ESTRUCTURA.

El plano de cimentación se suele hacer conjuntamente con el plano de la red horizontal de saneamiento, en él deben aparecer al menos los siguientes datos:

Como en todo plano: titulo, escala y unidades de las cotas.

Pilares con numeración (fino).

Ejes de cimentación (muy fino).

Bordes de elementos de cimentación como zapatas, vigas, muros de foso de ascensor, etc (medio)

Acotación de eje de pilar a eje de pilar (muy fino)

Cuadro de zapatas: en el que aparecerá el número de zapata o pilar (debe ser el mismo), sus dimensiones, armadura en sentido X y en sentido Y tanto inferior como superior si la hubiese y las esperas. (fino).

Cuadro de vigas: donde aparece la referencia, las dimensiones (b x h), armadura longitudinal superior, armadura longitudinal inferior y cercos. (fino).

Cuadro de hormigones indicando para cada elemento de cimentación (zapatas, vigas, hormigón de limpieza…) tipo y clase de hormigón, acero, tamaño máximo


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del árido, consistencia, tensión admisible del terreno. Se puede sacar un modelo de los detalles de cype o crearse uno propio. (fino).

Alguna nota sobre la solera y la profundidad de alguna zapata. (fino)

3 4

12

Referencia X (cm) Y (cm) H (cm) Arm X Arm Y Esperas

155

3,4

1,2 155

165165 50

50 13 d 12

14 d 12

13 d 12

14 d 12

4 d 12

c d 6@25

4 d 12

c d 6@25

Cuadro de zapatas

VA-1

VA-1

VC-1VC-1

Referencia B (cm) H (cm) Arm sup Arm inf cercos

40

VA-1

VC-1 45

3040

4 d 16

2 d 12

2 d 12

2 d 12

c d 6@25

c d 6@25

Cuadro de vigas

Planta de Cimentación

E: 1/50 cotas en metros

NOTAS

* Todos los elementos de cimentación iran sobre 10 cm de HM-10

* Todos los hormigones resistentes serán Ha-25/20/B/IIb

* En contacto con el terreno habrá una solera sobre una lámina impermeable

de polietileno sobre un encachado de grava limpia

* La tensión admisible será de 2kg/m2

Nota:

- Todos los elementos de cimentación irán sobre 10 cm de HL-150

- Todos los hormigones resistentes serán HA-25/20/B/IIa

- En contacto con el terreno habrá una solera sobre una lámina de polietileno sobre un encachado de grava limpia.

- La tensión admisible será de 2kg/cm2


38

3

4

1

2

VA-1

VA-1

VC-1

VC-1

Planta de Cimentación y SaneamientoE: 1/50 cotas en metros

contratubo

arqueta de paso

arqueta a pie de bajante

acometida

colector enterrado de polietileno pte 3%

LEYENDA

pozo general

bajante

3

4

1

2

VA-1

VA-1

VC-1

VC-1

Planta de Cimentación y SaneamientoE: 1/50 cotas en metros

contratubo

arqueta de paso

arqueta a pie de bajante

acometida

colector enterrado de polietileno pte 3%

LEYENDA

pozo general

bajante

Con respecto al plano de forjados de hormigón debe contener al menos lo siguiente:

Como en todo plano: titulo, escala y unidades de las cotas.

Pilares con numeración (fino) que coincidirán con la numeración de las zapatas, indicando si mantienen centro, centro de cara o esquina.

Cotas (muy fino) de eje de pilar a eje de pilar, excepto en voladizos que va de eje de pilar a cara externa de voladizo.

Bordes (medio) de vigas, zunchos y brochales, indicando sus dimensiones (bxh).

Dirección del forjado (muy fino) o posición de viguetas con armado, negativos, cortante máximo y momento máximo.

Desglose de armaduras de vigas (en otro plano).

Cuadro de pilares (fino).

Detalle-sección del forjado con canto de forjado, datos de bovedilla, capa de compresión (fino).

Posición de bajantes (no deben atravesar vigas, zunchos o brochales) (fino).

Los huecos se marcan con un aspa discontinua (muy fino).

Losa de escalera con un triángulo en el que el vértice indica la parte más alta.

Cuadro de hormigones (fino).


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8. EJERCICIOS.

1º) Realiza el dibujo de una zapata a E:1/10 teniendo en cuenta los siguientes datos:

- 140x140x50 cm de HA-25 + 10 cm de HL

- # 11ø12 B 500S, patillas 20 cm y recubrimiento 5 cm

- pilar de 30 x 30 cm esperas 4 ø 16 (35+100), c ø 6/15, recubrimiento 3 cm. 2º) Realiza el dibujo de una zapata y una viga de atado a E:1/10 teniendo en cuenta los siguientes datos:

- 170x170x65 cm de HA-25 + 10 cm de HL-10


- pilar de 35 x 35 cm esperas 4 ø 16 (35+105), c ø 6/15, rec 3 cm

- viga de atado 40x45 cm (bxh) de HA-25 + 10 cm de HL, 4ø12, c ø 6/25, recubrimiento 5cm.

3º) Realiza el dibujo de una zapata y una viga centradora a E:1/5 (A-3) teniendo en cuenta los siguientes datos:

- zapata descentrada de 120x120x50 cm de HA-25 + 10 cm de HL-10


- pilar de 40 x 40 cm esperas 4 ø 16 (30+90), c ø 6/15, rec 3 cm

- viga centradora 40x35 cm (bxh) de HA-25 + 10 cm de HL, 10ø16 arriba y otras 10 abajo, 10cø6/m, recubrimiento 5cm.

Tema 7 Cimentaciones y Estructuras

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