Tierra Armada, Anclajes y Muros de ContenciónLos muros de gravedad y contención han existido siempre y para construirlos se han tomado en cuenta importantes variables, como la conveniencia de su utilización, las condiciones originales del terreno, la ubicación del mismo, costo esfuerzo y tiempo.

Se han utilizado materiales tradicionales como el concreto armado; pero la evolución social necesita aprovechar mejor del tiempo con la celeridad de la construcción y dadas las circunstancias económicas  contemporáneas, hay necesidad de aprovechar mejor los recursos mediante la optimización de su  uso y la búsqueda de nuevas tecnologías.

CONTENIDO:

CimentacionesZapatas aisladas.

Las zapatas aisladas consisten generalmente en un cuerpo regular de concreto colocado a poca profundidad bajo el nivel superficial del terreno, y sirven para sostener una columna de edificio. Las zapatas aisladas son el tipo más común de cimentaciones para edificios.

Zapatas en terrenos inclinados.

Por lo común en terrenos inclinados las zapatas se escalonan a la manera de escaleras. A veces, cuando la inclinación  de la superficie del terreno es relativamente ligera, las cimentaciones se cuelan de modo que se conformen a la inclinación  de la ladera.

Cuando una zapata deba encontrarse cerca de otra y a mayor elevación, es común  restringir la colocación de tal modo que un plano trazado desde la parte inferior de la zapata más alta, a un ángulo de 45 grados de horizontal, no intersecte a la zapata más baja. Este concepto se ilustra en la figura 14.2. por supuesto, la zapata inferior se deberá construir y rellenar primero. No obstante  en algunos casos, será necesario excavar por debajo de una zapata adyacente  para instalar  una nueva zapata a menor  elevación. Puede ser  que el ángulo  del talud superior no siempre  sea seguro. Por ejemplo, si el suelo es de arena con ángulo de fricción de 30grados, el talud estable de 30 grados significará  que la zapata superior puede fallar. Es necesario pedir a los ingenieros de suelos métodos adecuados.

Si se hace necesario poner zapata a menor distancia que la  línea  de 45 grados, puede ser necesario limitar el valor  de capacidad  de carga para la zapata superior y puede

esperarse que la zapata inferior tenga asentamientos  un poco mayores, puesto que soportará parte de la carga de la zapata superior. Quizá  sea mejor poner la zapata  superior a mayor profundidad. Asimismo, será posible  modificar la localización de la zapata superior y hacer un diseño especial para la conexión entre la columna y  la zapata.

Hay otro problema relacionado con las cimentaciones en  suelos estratificados o rocas sedimentarias. Esta condición  se muestra en la figura 14.2. aunque el suelo o la roca  sea firme, cada plano de deposición situado a la derecha de la zanja en un plano posible de corrimiento o deslizamiento. La cuña  ABC no puede utilizarse para soporte  de cimentaciones. La zapata de la derecha deberá mantenerse más allá del punto C; por lo contrario, la zapata de la izquierda  puede situarse más cerca de la zanja.

Cajones acampanados.

Se han fabricado perforadoras especiales para la instalación de cajones acampanados como los que aparecen en la figura 14.3. el tipo de perforadora que se usa para instalar estos cajones se en la figura 4.5.  en general, se trata de un tipo muy económico de cimentación, porque esos cajones no suelen estar reforzados. Se diseñan como columnas cortas, que no requieren acero vertical de refuerzo.

Para fines de diseño, se considera que esos cajones son zapatas aisladas profundas y se utilizan valores de capacidad de carga similares a los que se emplean en el caso de las zapatas aisladas. Debido a la profundidad considerable  de la base de los cajones, en general se usan  valores más altos de capacidad de carga. Al calcular el peso del cajón, el peso de la tierra extraída se resta del peso de concreto.

A veces se instala una forma modificada de cajón acampanado, perforando un pozo abierto de gran diámetro, colando una zapata circular en el fondo y ascendiendo con  un pedestal. Con frecuencia, se emplean  formas de cartón de sonotubo  para el colado de la columna.

También los cajones  perforados  se suelen excavar como pozos rectos,  hasta llegar a un estrato duro o al lecho rocoso. Los cajones se diseñan como zapatas aisladas, utilizando la presión de carga permitida sobre la base de la zapata (véase el capítulo 21).

Zapatas corridas.

Las  zapatas corridas tales como las de muros y las continuas, así como las cimentaciones con trabes, son zapatas aisladas alargadas, a la longitud suficiente  para recibir un muro o una hilera de varias columnas.

Con frecuencia las excavaciones para esas zapatas largas se pueden  con excavadoras de zanjas, lo que constituye un sistema rápido y económico. Esas excavaciones se pueden  recortar en forma manual  hasta el tamaño exacto de las zapatas corridas que se vayan a instalar colando el concreto sin necesidad de utilizar cimbras laterales. La eliminación del trabajo de carpintería  para el cimbrado puede ahorrar tiempo  y dinero. Esas cimentaciones siempre van reforzadas.

Las zapatas corridas tienen  la ventaja de que sirven como “puentes” sobre las zonas blandas locales. Por consiguiente ofrecerán un apoyo más uniforme para  un muro o una hilera de columna que las zapatas individuales.

Losas de cimentación. 

Con  frecuencia   se  utilizan  losas  de  cimentación  bajo  las estructuras muy pesadas. Estas losa son continuas  en ambas direcciones y, por tanto, ocupan una superficie muy amplia. Por lo común son gruesas, requieren de gran volumen de concreto y tienen un peso  considerable de acero de refuerzo, por lo que resulta costosas. Puede ser conveniente instalarlas donde haya una presión hidrostática ascendente, debido a un alto nivel m freático.

Las  losas de cimentación tienen ciertas ventajas ya que junto con los muros laterales de los edificios actúan como barcazas. El peso de la tierra excavada antes del colado de la cimentación se puede restar del peso total del edificio, lo que puede hacer que se reduzca considerablemente el asentamiento. A veces las losas de cimentación se sitúan a tal profundidad que el peso de la tierra retirada es igual al peso bruto del  edificio. En este caso, los asentamientos futuros de los edificios  suelen  ser muy pequeños, puesto que no se ejerce ningún peso nuevo sobre el suelo que esta debajo de la cimentación.

Las losas de cimentación actúan como zapatas corridas, en  ambas direcciones y, por consiguiente, pueden servir como puentes  sobre las zonas blandas, con lo que se obtiene  un apoyo más uniforme para las columnas de los edificios.

Cimentaciones  planas.

Con frecuencia se utilizan  cimentaciones planas bajo estructuras ligeras de uno o dos pisos, tales como las casas, los edificios escolares y los edificios ligeros industriales y comerciales.

Por lo común, el borde de la cimentación se hace más grueso para construir  una zapata  perimetral. Además, se puede poner rellenos  o encostillados como partes de refuerzo de

la cimentación,  para recibir muros o zapatas. En la figura 14.4 se ilustra ese tipo de cimentación.

Este diseño se emplea, sobre todo, por razones económicas. No es adecuado en zonas de congelación profunda, en niveles freáticos altos o en suelos expansivos.

En sus diseños, el Distrito Escolar de la Ciudad de Los Angeles utiliza frecuentemente cimentaciones planas de este tipo.

Cargas temporales.

Los valores de la capacidad de carga que se dan en l figura 14.1 se aplican a cargas muertas estáticas, a cargas  vivas estáticas y, con frecuencia, a las cargas vivas aplicadas.

También se pueden aplicar cargas temporales debido a la fuerza del viento, las presiones sísmicas laterales, las fuerzas de impactos u otras cargas temporales de muy corta duración. Para esas circunstancias, se acostumbra  dejar margen  para un aumento de las presiones de carga  que pesan sobre el suelo. Los márgenes varían del 10% hasta el 100% un incremento del 33%.

Durante la construcción, se pueden  aplicar cargas temporales a las zapatas. Por ejemplo, es frecuente que se pongan muros de concreto inclinados sobre zapatas, en posiciones de columnas y en seguida se cuela la zapata corrida bajo el muro inclinado.

En ese caso, cuando se termina la construcción del edificio, la zapata puede estar sujeta a una presión de carga mucho mayor que la que debía  resistir  en el diseño.

En general hay  cierta resistencia de reserva, que permite que se sobre carguen las cimentaciones. A esto se le suele dar el nombre de factor de seguridad. Con frecuencia los factores de seguridad van  de 1.5 a 4.0

Si se planean cargas temporales que sobrepasen considerablemente el valor de capacidad de carga de diseño, será  preciso revisar  los planos con el diseñador  estructural del edificio, para asegurarse de que no se sobrepasará la resistencia de reserva de la cimentación. A veces las cimentaciones fallan, debido a las cargas temporales de construcción.

Cimientos de suelos compactados.

Muchos suelos  se depositan en forma natural no compacta, de modo que no proporcionan un buen apoyo para las cimentaciones corrida. Por tanto, a menudo se usan cimentaciones en pilotes o de otros tipos igualmente costosos.

En muchos de esos casos, resulta más económico excavar los suelos blandos o sueltos. A veces se pueden utilizar para rellenos compactados de construcción; en  otras ocasiones es necesario traer de otra parte materiales para lograr un relleno adecuado. Esos suelos se utilizan para rellenar las excavaciones. Los rellenos se pueden usar mediante cálculo y compactación para que soporten las cargas de cimentación. Esos rellenos se convierten en partes del sistema de cimentación de una estructura y a veces se denominan “rellenos estructurales”.

Es un caso como éste, la cimentación para una central eléctrica debería apoyarse sobre un estrato de arena limosa fina y suelta, de 6 metros de espesor (20 pies). Desde el punto de vista económico, se consideró conveniente  retirar la tierra suelta. Después  de retirarla, se volvió  a compactar el suelo al interior de la excavación. El espesor disminuyó de 6 a 4.5 metros (20 a 15 pies). Se trajeron materiales adicionales  para compensar la pérdida, y los cimientos de la central eléctrica se instalaron sobre ese “relleno estructural” (véase la referencia 30).

Con frecuencia los suelos  se compactan  en el lugar  en que se encuentran, para incrementar su capacidad de carga para poder soportar el peso de las cimentaciones. En el  capítulo 23 se analizan los métodos de compactación  in situ.

Tolerancias.

Ubicación de las zapatas.

En las primeras etapas de la construcción, la confusión que suele reinar puede hacer que una o más cimentaciones se cuelen fuera de sus posiciones  correctas. Entonces se presenta  un problema relativo a la posibilidad de utilizar  las zapatas.

En algunos casos, las zapatas  se levantan  por medio de grúas y se colocan en  los lugares  adecuados. En cierto caso,  varias zapatas estaban fuera de la posición  en una distancia de 2 pies (60 cm). Se  perforan orificios en las zapatas, se fijaron pernos en ellos  y se  levantaron  las zapatas. Las bases de las zapatas se limpiaron  con agua. Se hicieron nuevas excavaciones de zapatas, que se extendían a una profundidad  de 4 pulgadas (10 cm) más  que la original. Se  vertieron 10 cm  (4 pulgadas) de concreto nuevo y se instalaron las zapatas sobre el concreto fresco.

En muchas ocasiones se ha considerado la posibilidad de desplazar lateralmente las zapatas, unos cuantos centímetros, mediante  el empleo de gatos hidráulicos o equipos pesados de construcción; pero es poco probable que ese procedimiento  se haya empleado alguna vez en la práctica. Al parecer, esto implicaría ciertos riesgos, debido a que se aflojarían y se alterarían  los suelos debajo de las zapatas, propiciando los asentamientos.

Es posible que la conexión de la columna a la zapata pueda aceptar cierto momento de inclinación, en cuyo caso, será todavía posible utilizar  la zapata  desviada, en posición excéntrica. Esto deberá verificarse con el ingeniero de estructuras.

Cuando las excavaciones para zapatas se cortan  limpiamente en el suelo y no se usan  cimbras laterales, las cimentaciones se suelen extender hacia los lados  más de lo planeado; esto parece hacer  que  la cimentación sea excéntrica; sin embargo, en tanto

los cimientos sean tan grandes o mayores que lo planeado en  las otras tres direcciones, no se sabe de ningún caso en el que esa excentricidad haya provocado algún problema.

Secado o saturación.

Los suelos situados al fondo de una excavación de cimentación se pueden alterar mucho mediante el secado o la saturación.

El secado debe restringirse y se puede regular rociando con frecuencia los suelos o cubriéndolos  con láminas de plástico, lonas tierra suelta o paja.

Los suelos muy secos y que se contraen y agrietan mucho, pueden recuperar su contenido de humedad  después de  que  se hayan terminado los cimientos y el edificio. En esas condiciones, la recuperación de la humedad puede hacer que los suelos  se dilaten y eleven, quizá levantando los cimientos  o las losas de pisos.

Con frecuencia las excavaciones para cimentaciones se suelen saturar durante las lluvias fuertes, debido a que el agua se acumula en esos puntos bajos. En general, la solución más conveniente suele ser la de excavar a mayor profundidad, para retirar el suelo blando.

  Si ya se colocó el acero de refuerzo, puede que valga la pena efectuar otros experimentos. Pueden hacerse sondeos para determinar el espesor de los suelos ablandados y el aumento probable de los asentamientos. Para las estructuras flexibles, el asentamiento adicional esperado puede no constituir un problema muy grave.

 En algunos casos, se han utilizado calentadores y sopladores para provocar la desecación rápida de suelos saturados.

Excavaciones excesivas.

Muchas excavaciones de cimentación se hacen con grandes máquinas excavadoras, cuyo control en zonas muy limitadas a veces resulta difícil, por lo que es frecuente que las excavaciones sean excesivas.

En cierto caso, se hicieron las excavaciones de cimentación, se colocó al acero y el camión de revolvedora estaba listo para verter el concreto. La inspección  de los fondos de la excavación incluyó el sondeo con una varilla de acero. En casi todas las excavaciones, la varilla se pudo introducir con facilidad de 6 a 12 pulgadas (15 a 30 cm) en los suelos del fondo.

El fondo de las excavación estaba plano; pero se descubrió que el operador de la máquina había  excavado en exceso, hasta 12 pulgadas (30 cm) más de profundidad que lo indicado. Luego, vertió  tierra suelta a  excavación, para nivelar el fondo.

Se han observado muchos casos  en los que los suelos situados al fondo de las excavaciones excesivas accidentales. La tierra se reintegró apresuradamente, para ocultar la equivocación cometida. En general, el relleno con concreto delgado se considera como parte de la cimentación de suelos y no como una extensión de la cimentación de concreto propiamente dicha.

En general, resulta  más barato aceptar  que se ha  excavado en exceso, ya que el exceso se puede resultar  menos costoso que el tratar  de compactar los suelos en zonas limitadas y pequeñas. En general, el relleno  con concreto delgado se considera como parte de la cimentación de suelos y no como una extensión de la cimentación de concreto propiamente dicha.

Con frecuencia los fondos de cimentación son irregulares, debido a problemas encontrados al excavar el suelo. La tendencia natural consiste en “nivelar” el fondo de la excavación. Su aspecto es mejor  y resulta más fácil poner el acero. La nivelación  se hace con tierra o grava y el material empleado  se compacta y se prueba, sin embargo la mayoría  de los ingenieros  de suelos está  de acuerdo en que es mejor dejar el fondo irregular, sin alterar el suelo, echando un poco de concreto para rellenar las partes más bajas. El concreto de relleno puede colarse, si esto facilita la instalación del acero de refuerzo.

Cargas excéntricas.

Las cargas de volteo que hacen que se ejerzan fuerzas excéntricas sobre los cimentos, son muy comunes  en las estructuras sujetas  a cargas de vientos o sísmicas o para los muros  de contención.

El método que más se usa para analizar las presiones de cimentación consiste en convertir la excentricidad  en una presión de suelos de forma triangular. Esto se indica en la figura 14.5.

Se puede “recortar  teóricamente” un extremo de la zapata, con el fin de que la parte restante de la cimentación sea concéntrica. En  este caso,  la cimentación  se puede diseñar para que sea más pequeña, utilizando el total de las presiones de capacidad de carga de diseño, como se indico antes.

Zapatas inclinadas.

Las zapatas inclinadas se suelen utilizar  como bloques de apoyo para apuntalamientos, como anclajes de atiesadores y como bloques de anclaje para codos de tuberías. Esas zapatas tienen una capacidad de carga más baja que las zapatas cargadas verticalmente a la misma profundidad promedio. A continuación en la figura 14.6 se  presenta una guía  aproximadamente para estimar la reducción de la capacidad de carga.

Inclinación de la carga

A partir de la vertical

(grados)

Para arcilla (%) Para arena (%)

0

30

45

60

90

100

80

70

60

50

100

40

25

15

10

Cimentación en suelos expansivos.

Varios constructores de residencias han sufrido pérdidas financieras, al construir numerosas casa en   suelos expansivos. Esos suelos se dilatan al humedecerse y se contraen al secarse. Los cambios de volumen pueden  ser del 5 al 10%  o mayores (véase el capítulo 7, sección 7.11: el capítulo 8, sección 8.10 y la figura14.7).

El primer problema es el de identificar los suelos. A veces, se pueden  encontrar indicaciones mediante el examen del sitio. Los suelos expansivos suelen ser duros y agrietarse cuando se secan. Las grietas del suelo son como ladrillos y no se pueden romper con facilidad. Cuando está mojado, el suelo es plástico, como arcilla de alfarería:

1. Mantener constante el contenido de agua.2. Situar los cimientos bajo el nivel de cambios de humedad.3. Tratar los suelos expansivos con los compuestos químicos, como la cal, para

estabilizarlos.4. Excavar y retirar los suelos expansivos en las zonas de construcción, reemplazándolos

con suelos estables (véase la figura 14.7 a y b).

Cimentaciones Franki.

Un tipo de cimentación popular en Europa y otras artes del mundo, y que se utiliza en algunas regiones de los Estados Unidos, se conoce como cimentación Franki. Las cimentaciones aisladas. Se instalan mediante el empleo de un equipo especial.

 

En este método, se introduce en el suelo, al nivel de la cimentación,  un bulbo de concreto de bajo contenido de agua. Esto desplaza y compacta el suelo natural circundante. La cimentación resultante actúa  como una zapata aislada, pero se apoya en un suelo que se ha compactado previamente hasta alcanzar una resistencia mucho mayor. 

Cimentaciones en suelos corrosivos

Los compuestos químicos que hay en algunos suelos pueden corroer el acero y deteriorar el concreto. A estos suelos se les llama corrosivos, si los análisis de laboratorio o las pruebas de resistencia indican esas condiciones, pueden necesitarse precauciones espaciales para proteger el concreto y el acero de refuerzo. Se han preparado tablas, basadas en la experiencia, para indicar los porcentajes de compuestos químicos que pueden crear problemas. En la página 170 se presenta una tabla abreviada.

Basada en la referencia 31, para mostrar las cantidades de compuestos químicos que pueden causar dificultades.

Una solución común en los suelos de alto contenido de sulfatos  o cloruros, consiste en utilizar cementos más resistentes, tales como

 

Porcentaje de SO3 contenido en

Agua del terreno

 

Suelo arcilloso Gravedad Recomendaciones

0-0.3

 

 

0.03-0.1

 

 

 

 

Más de 0.1

0-0.2

 

 

0.2-0.5

 

 

 

 

Más de 0.5

No hay problemas especiales

 

Algunos problemas, sobre todo en paredes delgadas de concreto

 

 

Problemas graves

No se necesita tomar medidas especiales

 

Utilicese concreto de cemnteo Pórtland (tipo II), resistente a los sulfatos

 

Utilícese cemento de supersulfato o alto contenido de óxido de aluminio (tipo V)

El de tipo V, para que resistan la corrosión. Asimismo, el acero debe protegerse mediante cubiertas más gruesas de concreto, que deben tener un espesor mínimo de 4 pulgadas (10 cm)

Replanteo de cimientosReplantear cimientos es trasladar al terreno los datos del plano de cimentación del proyecto.  Para ello hay varios sistemas, pero el que más cómodo y exacto nos ha parecido siempre, es el utilizado por camillas.

Pero en el ejemplo que vamos a exponer, no nos limitaremos al edificio urbano de fácil solución, sino a ese tipo de construcción actual donde las casas, al agruparse por cientos, la línea recta tiene una importancia vital, ya que las fachadas, principalmente las que dan a la calle, tienen que pañear unas con otras en forma correcta e impecable, siendo motivo de orgullo para el que lo realiza, cuando, desde una esquina se ven todas las fachadas confundidas en una línea vertical perfectamente aplomada.

Para realizar un buen replanteo, lo primero de que tendremos que proveernos es de una cinta metálica, a ser posible de 50 metros.  Esta tiene la ventaja sobre las demás de que su variación es inapreciable a los cambios de temperatura y podemos trabajar aun

cuando la lluvia humedezca el suelo.  También dispondremos de una docena de jalones de dos metros, estacas, listones de madera para camillas, martillo, clavos y cuerdas de albañil en cantidad suficiente para lo que queremos realizar.

EJEMPLO DE REPLANTEO

En posesión del plano de ordenación (fig. 33) observamos que representa una serie de casitas para colonos con los anexos de dependencias agrícolas y un extenso corral, cuyas parcelas o solares miden entre ejes 18 x 40 metros.  Este grupo está situado a 30 metros del eje de la carretera y paralelo al mismo, teniendo su arranque a partir del hito del km 92.

Procederemos así:

1°  Si la carretera es de 8 m, escantillaremos 4 en los puntos A y B.

2°   Con una cuerda uniremos A con B, con los que obtendremos el eje de la carretera.

3°  En el punto C haremos una escuadra con el 3, 4, 5 o múltiplos de estos números, que no es más que un triángulo cuyos catetos miden 3 y 4 metros respectivamente, teniendo 5 metros la hipotenusa (Fig. 34).

4°  Obteniendo el punto D, situaremos dos jalones, uno en C y otro en D, con los que podremos tirar líneas hasta los puntos H y E (Fig. 35), los cuales fijaremos exactamente midiendo 30 y 40 metros, respectivamente, según el acotado del plano.

5°  Para obtener el punto F (Fig. 33) mediremos, a partir del C, los 144 metros que nos piden.

6°  También, y desde el punto F y para conseguir el I y el G, operaremos de igual forma que lo descrito en el apartado 4°.

7°  Con una cuerda uniremos los puntos E, G, H, I, cuyo resultado serpa un rectángulo.

8°   Desplazándolas del eje una distancia suficiente para que luego no estorben al excavar las zanjas, situaremos las camillas de replanteo cada 18 metros, los que, a su vez, nos servirán de comprobación si el trabajo está bien realizado.

Para el replanteo de las casas de los diferentes tipos, recurriremos a los planos de cimentación, cuyo replanteo no ofrecerá dificultad si nos limitamos a ejecutarlo tal y como lo hemos hecho para su conjunto, máximo cuando tantos puntos y líneas tenemos ya como referencia.

Sea la figura 36 el plano de cimiento de una casa tipo A.  Inmediatamente observamos que su escuadra principal se corresponde exactamente con la formada en el plano de ordenación por el ángulo E, H, I, bastándonos, por lo tanto, medir desde el punto H y hacia el E los 7´50 metros para volver inmediatamente después al punto H y medir con dirección al I los 7 y 4 metros respectivamente, donde situaremos las camillas correspondientes, desde las cuales realizaremos nuevas escuadras hasta conseguir el conjunto de la figura 37.

Una vez clavadas las camillas en el terreno, señalaremos en las mismas el ancho de la cimentación (en nuestro caso 0´70 m) y uniremos las señales por medio de cordeles.  Una vez realizado esto, con la punta de un pico o con cal, señalaremos en el terreno las zanjas de cimentación.  Quitaremos después las cuerdas y ya podemos dar la orden de comenzar la excavación, no sin antes advertir al personal que respete las camillas, pues se da el caso, harto frecuente, de que éstas, o son arrancadas o quedan enterradas con los productos de la excavación, lo que significa, al poner miras para levantar muros, tener que volver a replantear, con la consiguiente pérdida de tiempo, errores, etc., mientras que, con la camilla intacta, el oficial de miras tendrá seguridad en su trabajo.

Una regla general y común para todos es la de cotejar los planos de cimientos con los de planta, pues se nos ha dado frecuentes casos de que uno y otro no se correspondían entre sí, bien por error del proyectista o bien por parte del delineante que los dibujó, lo que después da motivos a rectificaciones que en materia de cimientos puede resultar peligroso por los añadidos y pegados que hay que realizar sobre el hormigón ya fraguado y endurecido, cuando lo ideal es la continuidad monolítica de la cimentación.

SISTEMA PRÁCTICO PARA EL REPLANTEO DE ESCUADRAS EN EL TERRENO

Anteriormente nos hemos referido varias veces a la realización de escuadras y éstas podrán parecer complicadas para aquellos quienes se inicien en el oficio, por cuya circunstancia expondremos un método mucho más sencillo que simplifica extraordinariamente esta operación.

Supongamos (Fig. 38) que tenemos ya clavadas en el terreno las camillas A y B y que en el punto C tenemos que levantar una escuadra.

1°  Con cuerda de albañil bien tensada uniremos los ejes de las camillas A y B.

2°  A derecha e izquierda del punto C escantillaremos, con la cinta métrica, 4 metros, con lo que nos habrán salido dos nuevos puntos:  el D y el E.  Estos puntos estarán representados por estacas en cuya testa se habrá clavado un clavo sin terminar de embutir en la madera, cuando (de esto depende el éxito de la operación) de que el referido clavo sea vertical y a efe de la cuerda AB.

3°  Tomando un número cualquiera – por ejemplo el 12, situaremos la anilla de la cinta en el punto D y otro operario hará coincidir el número 12 con el clavo del punto E.

4°  Doblando la cinta por la mitad del número elegido, o sea 6, y utilizando para ello los dedos pulgar e índice, nos moveremos de forma hasta que veamos que la cinta ha quedado tensa.  Entonces formará un ángulo cuyo vértice será el punto F, donde situaremos otra estaca provista de su correspondiente clavo.

5°  Invirtiendo las cosas volveremos a realizar estas operaciones hasta conseguir el punto G, con lo cual quedará terminada la escuadra, y si hacemos pasar un cordel por los puntos F, C, G, esta nueva líneas será la perpendicular a la recta AB.

Advirtiendo que, como puede suceder que al tensar la cinta se tense más de un lado que de otro, es conveniente rectificar los puntos separadamente, es decir, que se medirán aisladamente partiendo desde D y desde E hacia F, G, los metros haciendo las rectificaciones a que haya lugar.

Debe cuidarse el plano de las estacas y la verticalidad de los clavos ya que una variación nos conduciría a errores.

SISTEMA PRÁCTICO PARA EL REPLANTEO DE ALINEACIONES

Si como es frecuente tenemos en obra un nivel corriente de anteojo (no es necesario que tenga limbo) podremos trazar ejes de 200 a 300 metros con extraordinaria exactitud, con lo que queda eliminado el pandeo de la cuerda, bien por su peso propio en largas distancias o bien por viento.

Sean los puntos A y B de la figura 39.  En A colocaremos el aparato perfecta y exactamente aplomado, de forma que estando en estación el objetivo capte perfectamente el jalón situado en B, el cual aparecerá en la forma que indica la Fig. 40, y después será tarea sencilla ir colocando jalones con dirección al aparato sin más cuidado que el de ir observando su verticalidad en relación con el anterior, ayudándonos del hilo del retículo.

Quien haga esto, no pase cuidado que si uno de los jalones está mal puesto, se verá perfectamente y con toda precisión.  Debe tenerse en cuenta que las imágenes se ven invertidas.

EXCAVACIÓN DE ZANJAS

Dijimos en un principio que para cimentar sobre un terreno el ideal es la roca, pues para cimentar sobre ella resultaría inútil dar base de sustentación a los muros e incluso se podría prescindir de las zanjas, pero éstas tienen la ventaja de evitar que se descalcen los muros cuando se practican ciertos trabajos en los sótanos, además de hacer más difícil todos los movimientos o deslizamientos que pudiera producir una causa cualquiera.

Por tanto, y después del replanteo, la excavación en zanjas será la primera operación a realizar en toda obra.

La excavación, pues, se realizará de acuerdo con el plano de cimentación del proyecto y con el ancho exigido, así como la profundidad que haya determinado el arquitecto o director de la obra, evitando en lo posible (a no ser que específicamente así se exija) la formación de taludes (Fig. 41), pues éstos perjudican la obra, ya que un cimiento construido así, presionará en forma de cuña sobre el terreno, produciéndose asientos difíciles de corregir luego.

Todos los parámetros de la zanja deberán estar perfectamente recortados, su fondo bien nivelado y completamente limpio de productos de excavación.

Al efectuar la excavación y ser arrancadas las tierras, éstas aumentan de volumen, produciéndose entonces lo que se llama esponjamiento, el cual varía según la naturaleza del terreno, pero en la práctica se admite un 25 por ciento de esponjamiento, o sea que, multiplicando la cubicación del terreno a excavar por 1,25, nos dará el volumen total a trasportar.  Este tanto por ciento es la medida que resulta de los diferentes terrenos, pues como decimos antes, el esponjamiento varía con arreglo a la naturaleza de las tierra, como seguidamente veremos por la tabla 6.

ESPONJAMIENTO DE LOS TERRENOS                                                                                

TABLA 6

NATURALEZA DE LAS TIERRAS

Un metro cúbico de excavación produce

Sin compresión m3Comprimida todo lo posible m3

Tierra vegetal (aluviones, arenas, etc.)…

Tierra franca muy grasa … … … … … …

Tierra margosa y arcillosa medianamente compacta … … … … … … … … … … … … .

Tierra margosa y arcillosa muy compacta

1´10

1´20

 

1´50

1´70

 

1´66

1´05

1´07

 

1´30

1´40

 

1´40

Roca desmontada con barrenos y reducida a trozos … … … … … … … … …

ENTIBACIONES

Hay muchas clases de entibaciones, pero ciñéndonos a lo meramente constructivo, señalaremos tres tipos de entibaciones para zanjas, vaciados y pozos.

Las entibaciones tienen como principal misión la de proteger al obrero cuando éste ejecuta una tarea bajo la rasante del terreno.  Mientras que las zanjas o pozos son de poca profundidad y se tiene la seguridad de que el terreno es coherente, no es necesario tomar tal precaución; pero si, por el contrario, se trata de terrenos movedizo o poco consistente, entonces es cuando se impone la entibación, sin escatimar material alguno, pues en estos casos un ahorro mal entendido de madera puede conducir a lamentables fracasos, muy difíciles de compensar por tratarse de vidas humanas que se ponen en juego.

Por lo tanto, entibación es la operación destinada a la contención de tierra, que se realiza de manera transitoria (hasta el relleno de cimiento) mediante piezas de madera, cuyo sistema varía con arreglo a la clase de excavación de que se trate así como de la calidad del terreno.

En el caso de que éste sea algo consistente, bastarán unos tablones adosados a la zanja y unos dales de rollizo par impedir el desprendimiento de tierras.  Los codales no entran a presión, sino que ésta se realiza mediante un par de cuñas que se introducen entre la testa del rollizo y la tabla o el tablón de sujeción conforme se dispone en la figura 42.

Para terrenos de menos cohesión y, por lo tanto, más propensos al desprendimiento, en las figuras 43, 44, 45 y 46 representamos varios sistemas de acodalamientos, observando la precaución, si ello es posible, de dejar, entre codales, el espacio suficiente para que de una forma más o menos cómoda pueda pasar un obrero con su herramienta.

A medida que se van rellenando las zanjas, podrá irse quitando la madera en pequeños trechos y mientras el hormigón va fraguando, ya que de otro modo sería muy difícil o costoso recuperar la madera.

Cuando los terrenos no son consistentes, se realizan los entibados (Fig. 47 y 48) mediante un forro de tablas que cubren totalmente las paredes de la zanja.  Esta tabla, que puede ser la denominada ripia, puede ir colocada tanto vertical como horizontalmente.

El sistema de acodalamiento de las figuras 47 y 48 se efectúa, en el primer caso (Fig. 47) mediante unos codales sobre una alfarjía o tablón que distribuye la presión uniformemente por todas las tablas; y en el segundo se realiza por tablones que sustituyen a los codales.

Las entibaciones de los vaciados difiere de los anteriores en que éstas no pueden realizarse por presión contra los dos paramentos verticales, ya que sólo existe uno, por lo que debían realizarse mediante tornapuntas

La entibación en este caso se realiza (Fig. 49) con un forro de tablas o tablones disponiéndolas vertical u horizontalmente, según se trate de las primeras o de las segundas, unidas por una alfarjía.  A cierta distancia se colocan unos tacos de madera hincados en el suelo, y entre éstos y las alfarjías se coloca el tornapunta.  En la citada Fig. 49 hay dos tornapuntas que son los que en realidad absorben el empuje de las tierras.

Esta entibación se desarma a medida que se va construyendo el muro, siendo conveniente dejar algunos huecos en el mismo para mantener algunas tornapuntas, hasta que el mismo tenga la altura y la rigidez necesaria para que su continuación no ofrezca peligro alguno.

Seguidamente presentaremos los tipos que para entibación de pozos se utiliza más corrientemente.

Para pozos circulares se realiza un forrado de tablas de la pared del pozo mediante tablas verticales y estrechas, las que permiten, más que las anchas, una mejor adaptación a la forma circular; estas tablas se sostienen mediante unos anillos extensibles de hierro (Fig. 50).

Este sistema posee el inconveniente de que, como las tablas tendrán una longitud menor que la profundidad del pozo, el entibado quedará cortado y, por lo tanto, formará dos zonas, existiendo el peligro de que, ala ser independiente una de otra, haya derrumbamientos.  Esto puede evitarse no emparejando tablas de igual longitud, sino alternando unas más largas con otras más cortas con el fin de presentar un entibado de superficie descontinúa y que las zonas queden enlazadas entre sí.

Las entibaciones de pozos rectangulares son más fáciles de realizar, ya que todo se reduce a un forrado de tablas, que se pueden disponer de manera horizontal o vertical,

aconsejándose esta última por el ahorro de tabla que supone el aserrado que sería necesario ejecutar en la primera y un acodalamiento de rollizo que se fija mediante cuñas, tal y como se indica en la Fig. 51, que representan el alzado y la sección.

EXCAVACIÓN DE POSOS PARA CIMIENTOS DE PILARES

La excavación de pozos para pilares está sujeta a las mismas reglas que las preconizadas para la excavación de zanjas.

Los pozos formarán, una vez rellenos, lo que en construcción se denomina cimentación aislada, de la que ya hablaremos en el próximo capítulo, y es el lugar donde se exige más resistencia al terreno por la razón de que la carga será más concentrada, pues en una cimentación corrida, aquélla se reparte más uniformemente a todo su largo.

En una estructura de hormigón armado, el pozo para pilares adquiere una máxima importancia, ya que de él dependerá la estabilidad de todo el conjunto.  Por poco importante que sea el edificio, tendrá como mínimo un metro de lado, siendo su profundidad la que de antemano hayan dictado los ensayos sobre la resistencia del terreno.

AGOTAMIENTOS

Es frecuente que al hacer una excavación más o menos profunda haga su presencia el agua.  Esto sucede cuando se llega a una cota inferior del nivel freático, y es entonces cuando no sólo se hace necesaria su extracción, sino que la misma debe ser continua hasta que los orificios por donde pase el agua sea tapados convenientemente.

Uno de los procedimientos más utilizados es el agotamiento mediante bombas en caso de que las filtraciones sean pequeñas y fluyan de forma regular, en cuyo caso el agotamiento deberá ejecutarse sin interrupción alguna.  Sin embargo, este método no es aconsejable cuando se trate de suelos de composición arenosa, pues si ésta es fina existe el peligro de que sea absorbida por la propia bomba, produciéndose una subpresión hidráulica, lo que puede dar lugar a la formación de arenas movedizas.

Si antes de proceder a la excavación o vaciado de un terreno para cimentación de los sondeos preliminares sacamos la conclusión de que a cierto nivel del subsuelo existe agua que conviene extraer, se emplean los tubos sonda a que nos referimos, los que en su parte interior, llevan para la protección de los orificios una tupida tela metálica que hace las veces de filtro; y en la parte superior, conectado al tubo de aspiración, una bomba de agotamiento.

Toda operación de agotamiento deberá ser vigilada, no sólo durante la construcción de la cimentación propiamente dicha, sino algún tiempo después.

Para sacar el agua es muy recomendable hacer un pozo de toma o sumidero que se irá profundamente a medida que se continúa con la excavación (Fig. 53), a cuyo lugar deberá se dirigida el agua mediante pendientes apropiadas.

Una cuestión importante es elegir bien la situación de los pozos de agotamiento.  El número de éstos variará con arreglo a la extensión e importancia de la obra y de las facilidades con que se cuente para la evacuación del agua.  En cuanto a su situación, una norma general (salvo excepciones que teóricamente no son previsibles) son las esquinas o ángulos del edificio a construir.  Los pozos deberán tener una sección de unos dos metros en cuadro por 1´20 de profundidad,  aproximadamente, por debajo del nivel de los cimientos.

Para profundidades mayores de 7 metros, que es prácticamente  la altura máxima de operación de las bombas, se colocarán las mismas por debajo de la rasante del terreno y por encima de la capa freática.  De este modo el agua llegará hasta la boca de descarga por efectos de impulsión, en cuyo punto se realiza el desagüe mediante zanjas o tuberías.

Las bombas más frecuentemente usadas son las de diafragma (Fig. 54), accionadas a mano o con motor, y las bombas centrífugas (Fig. 55 y 56).

Indudablemente que la más aconsejable para esta clase de trabajo es la bomba centrífuga, cuyas dimensiones dependerán del volumen de agua a elevar.  Suelen estar provistas de un tubo de succión extensible mediante prensaestopas, y provisto de una válvula de pie.  El prensaestopas permite alargar el tubo de succión sin dificultad a medida que se va profundizando el pozo.  Hay que disponer de las cadenas o cables necesarios para que, fijados estos amarres junto a la bomba, se pueda trasladar con alguna comodidad.  Debe tenerse especial cuidado en que las juntas del tubo de succión sean perfectamente impermeables, para lo que se utilizará anillos de goma. 

Los codos deben tener un radio lo más amplio posible.  Las bombas centrífugas (como se ha dicho anteriormente) pueden elevar el agua hasta los 8 metros de altura, pero cuando dan su máximo rendimiento es en la comprendida entre los 2 y 2´50 metros.

MAQUINARIA PARA EXCAVAR ZANJAS

Azadón mecánico y zanjadoras

Aunque no es nuestra intención dar aquí noticias sobre la maquinaria empleada en construcción, señalaremos, por su elevado rendimiento práctico, dos tipos: el azadón mecánico y la zanjadora, cuyas descripciones hacemos seguidamente.

El azadón mecánico es una máquina para trabajar en movimiento de tierras a nivel inferior a su sustentación o ligeramente superior a ésta.  Tiene especial aplicación para hacer trincheras y zanjas, pues su brazo y la cuchara de que va provisto puede trabajar a 7 metros bajo su nivel de sustentación, y por encima de éste, 3 metros.

En la figura 57 puede verse la construcción de una zanja para tubería construida por un azadón; en la figura 58, una máquina de este tipo con entera movilidad montada sobre camión, y en la 59, un azadón mecánico remolcado por tractor, adecuado para pequeñas excavaciones.

Las zanjadoras reciben también el nombre de trincheradoras, y son máquinas que arrancan tierra de forma regular, abriendo zanjas del ancho requerido para luego disponer, dentro de las zanjas, cimientos, conductos de tuberías de desagües, de cables de instalación eléctrica, etc.

Este tipo de máquina lo maneja un solo operario (igual que la anterior) y van excavando a la vez que avanzando en el trabajo.  Su manejo es sencillo, como el de un tractor.

Los anchos y profundidades a realizar son variables, así las hay que excavan trincheras desde 40 a 150 cm de ancho y hasta 3´80 m de profundidad.

Están formadas por un aparato motor que actúa sobre una hilera continua de cangilones metálicos, los cuales pasan por un botalón telescópico, pudiendo excavar a razón de 2´50 metros longitudinales por minuto.

A ese tipo corresponde la zanjadora de la figura 60.  Hay también máquinas más pequeñas, igualmente en forma de rosario los cangilones, y montadas sobre carriles. 

Estas excavan en un ancho máximo de 90 cm y una profundidad de 2´50 metros.

Las zanjadoras gigantes pueden excavar 2´60 m de ancho a 5 m de profundidad.

El rosario va inclinado (aun cuando también pueden realizar cortes verticales), transportando la tierra movida hacia arriba, para descargar a un lado sobre la orilla de la

zanja abierta e incluso directamente, si el material no va a ser aprovechado nuevamente, sobre camiones de trasporte (Fig. 61 y 62).