Cuándo y cómo reforzar correctamente las zapatas en una construcción
Te explicamos detalladamente cómo y cuándo deberías reforzar una zapata de forma correcta para diversos proyectos constructivos.
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En esta oportunidad queremos abordar un tema de gran importancia para ingenieros civiles, constructores y amantes de la construcción en general.
Se trata del refuerzo de zapatas; la relevancia de este elemento estructural obedece a que constituyen las bases de la cimentación de cualquier edificación.
Encontrarás información valiosa en esta propuesta sobre el reforzamiento de zapatas: guía completa para asegurar la estabilidad de tu estructura, datos que quizás no conocías o bien, refrescar conocimientos sobre este elemento esencial para transmitir las cargas de la estructura al suelo de forma segura y eficiente.
Pero sigue leyendo, y conoce cuándo y cómo afianzar correctamente las zapatas en una construcción; te explicamos todos los detalles que envuelven este elemento de cimentación, su importancia, utilidad, tipos, entre otros datos de interés sobre los refuerzos de zapatas.
Refuerzo de zapatas: ¿Qué es?
Antes de adentrarnos en el tema de cuándo y cómo reforzar correctamente las zapatas en una construcción, es necesario conocer qué es y función que cumple en un proyecto constructivo.
Para empezar, una zapata es una cimentación superficial ampliamente usada en suelos con resistencia media o alta a la compresión, en terrenos homogéneos.
Tiene como función central anclar y transmitir las tensiones generadas por la estructura al suelo donde se erige una edificación.
La zapata se coloca en la base generalmente de concreto y debajo de las columnas. De allí que es fundamental para garantizar la estabilidad y resistencia, puesto que la zapata evita el exceso de asentamiento y previene eventuales fallas estructurales.
Reforzar las zapatas reduce la presión del terreno
La zapata, distribuye las cargas uniformemente sobre una superficie más grande, reduce la presión ejercida sobre el terreno a fin de evitar la compresión y debilitación del suelo.
Por lo cual su diseño debe ajustarse a las características del suelo, evaluando su capacidad de carga, composición y capacidad para soportar la edificación a construir.
Todo ello sin dejar de considerar las cargas que se aplicarán a la estructura, es decir, las zapatas deben ser proporcionales al peso del edificio, cargas vivas (personas, muebles, otros) así como las cargas sísmicas o vientos, atendiendo a la ubicación y normativas de diseño aplicables en la región.
Método eficaz para asegurar la estabilidad de tu estructura
El refuerzo de zapatas es una medida constructiva eficaz y altamente recomendada cuando en cimentaciones donde se plantean ampliaciones en una casa u otra edificación.
El refuerzo no sólo es un mecanismo para remediar o subsanar hundimientos del terreno u otras anomalías asociadas al suelo o a la estructura o fuerzas naturales como el refuerzo antisísmicos. En cualquier caso, esta guía de reforzamiento de zapatas será de gran ayuda.
Todo planteamiento de reforzamiento de zapatas tiene inmerso interrogantes: ¿por qué y cómo?, lo que requiere contar con alguna base teórica.
En este sentido, el procedimiento de apuntalamiento nace de la necesidad de incrementar las cargas estructurales de una edificación, o bien cuando se amplifican las cargas de columnas.
Cuándo reforzar las zapatas: explicación didáctica
Para despejar las dudas sobre por qué, cómo y cuándo debe reforzarse una zapata en una construcción, la mejor forma es recurrir a un caso práctico para entender los conceptos y manera de proceder.
Por ejemplo, en una casa de 1, 2, 3 ó 4 pisos, tanto el diseño, planos y zapatas se formulan para tal necesidad constructiva actual.
No obstante, puede que con el tiempo y por distintas razones, sea necesario construir o ampliar esta edificación hasta 5, 6 ó más niveles.
En este caso las columnas del primer piso están diseñadas para soportar los primeros niveles, por lo que la estructura reciente el peso adicional del otro u otros pisos. Es decir, las columnas no reciben la transferencia de la nueva carga estructural.
Procedimiento de refuerzo de zapata
La carga extra, requiere por tanto realizar un replanteo de obra, y afianzar las zapatas. En este caso cabe conocer la siguiente fórmula de refuerzo de zapatas: ⥀(zap) = Pcol/Azap (el esfuerzo de zapata es igual a la carga de la columna entre el área de la zapata) esto significa el esfuerzo que genera la zapata en el suelo.
Dicho esfuerzo de zapata proviene de dividir la carga total de la estructura entre el área que ocupa; por lo cual el incremento de los esfuerzos debe ser proporcional, es decir, si aumenta la carga también hace lo propio el esfuerzo de la zapata y el área, para garantizar la constante.
Garantizar una adecuada correlación de carga estructural
Si se aumenta el esfuerzo sin un adecuado refuerzo de zapata y un análisis estructural sobre refuerzo de zapatas, se corre un serio peligro, toda vez que el esfuerzo de zapata jamás debe superar al esfuerzo que es capaz de resistir el suelo donde se construye.
De tal manera que el reforzamiento de zapatas debe ser acorde al esfuerzo de la zapata, y siempre deberá ser menor al esfuerzo del suelo quien provee la mecánica natural del corte previo a una falla (⥀z < ⥀s). Por ello se dice que todo incremento de carga es proporcional a todos sus componentes para garantizar una adecuada correlación de carga estructural.
Esto se traduce entonces, en que si el esfuerzo de la zapata es mayor que el esfuerzo del suelo, la consecuencia será que el suelo ceda ante el peso extra recibido de la estructura.
¿Por qué reforzar una zapata?
Por qué y cuándo reforzar una zapata puede obedecer a distintas razones constructivas, sin embargo, por lo general responde a 2 objetivos básicos, como puede ser detener y corregir potenciales deformaciones y/o eliminar/controlar las causas que dieron origen.
Esto requiere como bien se indicó, aplicar la fórmula anterior ampliamente usada por la ingeniería civil, ingeniería mecánica y propiedades de los materiales, como medio para aumentar tanto la columna como la zapata, cuyo objetivo es garantizar la constante del esfuerzo y evitar el riesgo de desplazamiento del suelo y asegurar la estabilidad de la estructura.
Ejemplo de refuerzo de zapata
Para ilustrar mejor cómo reforzar una zapata, se plantea un caso hipotético con una zapata de columna con un área más reducida que se desea aumentar. ¿Qué se busca con esto?, que el esfuerzo generado por la acción de la carga de 1 ó 2 pisos adicionales se mantenga estable.
Cabe aclarar sin embargo, que se puede plantear un refuerzo de zapatas engrosando las columnas, sin necesidad de agregar más pisos a la edificación, sino para contar con mayor inercia y resistencia estructural al desplazamiento natural del suelo.
Es necesario acotar sin embargo, que al engrosar las columnas también se está adicionando carga a la estructura; debiendo recalcar en este aspecto, que en ambos casos, es menester garantizar la proporcionalidad de las cargas de todos los elementos estructurales.
No se trata sólo de ampliar las columnas para ganar mayor rigidez, también hay que considerar las descargas de los esfuerzos y la cimentación. |
La zapata: una pieza esencial
En una columna centrada como elemento básico, igualmente requiere de un minucioso análisis estructural para determinar en qué área conviene más plantear el refuerzo de zapata, y no invertir recursos de más en las columnas y dejar de lado las zapatas.
Es un tema delicado que no se puede tomar a la ligera, porque es muy peligroso cuando se asienta el suelo también se asientan los nudos, cuya consecuencia recae directamente en la edificación porque se torna altamente vulnerable ante las cargas, y de sobrevenir un sismo se puede desplomar.
Reforzamiento de zapatas: ¿qué aspectos considerar?
Como bien se señaló, las zapatas juegan un papel esencial en cualquier proyecto constructivo, tal importancia requiere del profesional a cargo, sea un ingeniero, arquitecto o constructor experimentado para ceñirse al diseño indicado en los planos. Por lo tanto, hay que considerar todos los parámetros señalados, como profundidad de la excavación, medidas, etc.
El objetivo, es garantizar la resistencia a la compresión que debe tener el concreto; proteger el refuerzo con solados de hormigón pobre, respetar un espesor de al menos 5 cm; asegurar la proporción de 1 parte de cemento por 10 de hormigón, no agregar piedra de zanja o de cajón al vaciado; cuya culminación debe compactarse y nivelarse. Otros aspectos claves en el refuerzo de zapatas:
6 pasos básico para afianzar las zapatas
En un reforzamiento de zapatas, aunque no se puede colocar el puntal contra la zapata actual, ni contra el suelo o solado porque no permite un buen vaciado de concreto. Los puntos a tener en cuenta para un buen reforzamiento de zapata son:
- Primer paso: ubicar los puntales en los bordes de la excavación realizada para disponer de una adecuada abertura del área a intervenir. Si es un apuntalamiento en una columna central, se disponen en T entre los bordes y la losa, dejando el centro de la zapata libre de carga para trabajar en su interior; estos puntales pueden ser de madera o metal.
- Segundo paso: en cuanto a la excavación del suelo, si éste es cohesivo se puede hacer con un perfil diagonal o perpendicular; todo depende de la calidad del terreno. El perfilado diagonal es para aportar la estabilidad necesaria al talud y trabajar con comodidad y seguridad.
- Tercer paso: asegurar una buena adherencia en el concreto para asegurar una adecuada fricción de los materiales. Esto se logra escarificando todos los bordes (4 lados de la zapata) y generar la rugosidad necesaria para que optimizar la fuerza de adherencia, ello adicional a las llaves de anclaje y epoxico. De lo contrario, no se garantiza tal condición no se logra el objetivo del refuerzo de zapata propuesto, siendo este factor clave; es un procedimiento previo obligatorio para un buen vaciado, por ende, un buen resultado.
- Cuarto paso: colocar las llaves de anclaje y el parrillado, puesto que toda zapata requiere del acero para hacer frente y tener un óptimo desempeño ante la fricción a la será sometida.
Aspectos para considerar en el apuntalamiento de la estructura
Este proceso se lleva a cabo a través de perforaciones a 45º del borde de la zapata y en todo su perímetro, tanto arriba como abajo para ingresar o conectar el acero de lo que será la nueva parrilla, considerando los siguientes aspectos:
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- Quinto paso: colocar la nueva armadura para reforzar la zapata, incrustando todo el acero antes mencionado y la nueva parrilla con los amarres en todo el perímetro de la zapata, para luego realizar el respectivo vaciado de concreto.
- Se recomienda previo al vaciado de concreto, untar un epóxico tipo 32, este material se extiende en toda la superficie de la zapata acondicionada para ser reforzada. Este procedimiento debe hacerse cuando todo esté listo para el vaciado, porque si se seca perderá su efecto, incluso, está contraindicado, incluyendo el solado previo y el respectivo encofrado.
- Sexto paso: culminar con el vaciado de concreto en la zapata a reforzar hasta la mitad del pilote si así se desea. De preferencia usar un equipo de vibración o varilla de chuceado para que la mezcla fluida quede más homogénea al tiempo de evitar la exposición del acero a los minerales presentes en la tierra.
Con sólo seguir estos pasos para un refuerzo de zapatas: guía completa para asegurar la estabilidad de tu estructura, los resultados estarán garantizados. Sin olvidar, que aunque se trate de una ampliación vertical o por fallas en la cimentación por diversos motivos, pueden ser intervenidos en más de un 90% de los casos. |
Refuerzo de zapata: función
La zapata es una pieza esencial en toda construcción, ya que cumple distintos propósitos estructurales. Este elemento se conoce también como propagación, la más simple y común, es la zapata aislada.
Es el elemento estructural por excelencia, ya que soporta la columna tomando su carga para distribuirla al suelo sobre el que se apoya.
Generalmente, las zapatas tienen un formato cuadrado o rectangular, lo que facilita su análisis y construcción, cuyas dimensiones son proporcionales a las cargas que recibirá la columna, capacidad de carga y asentamiento excesivo del suelo. Dentro de sus funciones específicas se pueden mencionar:
Distribuir las cargas
El refuerzo de zapatas es importante para cualquier proyecto constructivo, puesto que dentro de sus funciones está el hecho de que es el elemento que distribuye las cargas de la estructura de una forma eficiente y uniforme sobre grandes superficies.
De tal forma, que cuando se construye una zapata debajo de una columna, muro o base de apoyo estructural, con el refuerzo de zapata se puede ampliar el área de contacto con el suelo, con lo cual se puede reducir la presión ejercida sobre el mismo.
Soportar las cargas
Por otra parte, el refuerzo de zapatas se diseñan y construyen para soportar y transferir las cargas verticales y horizontales que genera la estructura de la edificación al suelo o terreno. Incluyendo el peso de la casa o edificación, es decir, las cargas vivas, movimientos sísmicos y vientos.
En general, el refuerzo de zapatas está indicado para aquellas áreas de apoyo que son suficientes pero la cimentación es pobre; con lo cual se garantiza un buen soporte, mayor estabilidad y seguridad de toda la estructura.
Prevenir el asentamiento
A través de la distribución de las cargas en un área o superficie más grande, el refuerzo de zapatas permiten evitar o prevenir aquellos asentamientos diferenciales, o excedentes en la estructura por tanto, optimizan la capacidad portante.
Los asentamientos tienen lugar cuando distintas partes de la estructura se asientan a diferentes velocidades, capaces de deformar y dañar la construcción.
Resistir las fuerzas laterales
Adicionalmente, las zapatas y refuerzos de las mismas, se plantea con el objetivo de optimizar el soporte de las cargas verticales existentes, toda vez que como pieza estructural juega un rol relevante para la eficiencia de la resistencia de las fuerzas laterales recibidas, como por ejemplo, aquellas producidas por los vientos y movimientos sísmicos.
Tipos de refuerzo de zapatas: soluciones constructivas eficientes
El refuerzo de zapatas se aplica según las necesidades y conveniencia de la estructura, lo que se busca es detener y corregir eventuales deformaciones presentadas en la edificación, además de erradicar o al menos controlar las causas que dieron origen al problema.
Para ilustrar los distintos tipos de refuerzos de zapatas, a continuación dejamos una práctica tabla con los intervenciones más frecuentes en una construcción:
Refuerzo de zapatas: cuándo y cómo reforzar correctamente las zapatas en una construcción | |
|---|---|
Soluciones de refuerzo de zapata superficiales | |
| Las siguientes modalidades de refuerzo de zapatas están indicados para áreas de apoyo que aunque son suficientes, la cimentación resulta insuficiente. | |
| Refuerzo por inyección. | Se lleva a cabo rellenando los huecos con un mortero de cemento en el macizo de la cimentación para mejorar su función. Suele indicarse en edificios viejos con cimientos en mampostería en seco, gravas o cascotes. Está indicado también en caso de un hormigón muy pobre, con mala granulometría y/o ahuecado. |
| Refuerzo de zapata con armaduras. | Se consigue introduciendo una armazón adicional e inyectando lateralmente resinas en el cimiento; luego de ello se tensan las armaduras para lograr un postensado de zapata. Suele ser un procedimiento delicado puesto que el taladro debe maniobrarse con gran precisión para un buen resultado. |
| Los siguientes tipos de refuerzo de zapatas se recomiendan cuando la cimentación está bien pero carecen de un área de apoyo suficiente. | |
| Ampliación lateral en cimentaciones. | Tiene lugar cuando se desea ampliar la zapata para aumentar la superficie de contacto con el suelo. En este caso debe existir una adecuada unión entre los hormigones, por lo cual es necesario acondicionar la superficie descascarando y limpiando la vieja zapata. La idea es asegurar un óptimo perfil de contacto entre ambas partes impregnando las superficies de contacto del cemento anterior con las resinas epoxi previa al nuevo proceso. |
| Ampliación debajo de la cimentación. | Requiere la construcción de una zapata nueva debajo de la actual con la finalidad de soportar la carga que está actuando o que se estima va a actuar sobre la estructura. Se inicia descargando totalmente el cimiento, siendo recomendable usar bataches. También se usan morteros expansivos en la junta horizontal entre los macizos nuevo y viejo para su carga. |
| Refuerzos de zapatas por sustitución: son 3 soluciones constructivas que se plantean cuando tanto el refuerzo como la ampliación son viables dado el deterioro excesivo en los cimientos, o bien, cuando surgen complicaciones en su ejecución. | |
| Sustitución de zapatas corridas/continuas. | Se sugiere esta solución constructiva cuando es necesario cambiar la anterior zapata, en cuyo caso se puede o no conservar los cimientos existentes, aunque la misma no tendrá ninguna colaboración estructural. |
| Sustitución de zapatas aisladas. | Se lleva a cabo con una demolición total de la zapata actual previo a la nueva, lo que la hace mucho más comprometida que la de la zapata corrida, que se puede hacer por partes. |
| Sustitución por puenteado. | Corresponde a la construcción de una cimentación nueva en los laterales, o bien en el perímetro de la actual, con la intención de dirigir las cargas al nuevo cimiento a través de los puentes de acero y concreto armado. |
| Intervenciones profundas: conllevan a la sustitución de una cimentación por otra, por lo general se deja la anterior pero sin que cumpla ninguna función o refuerzo de zapara en los nuevos cimientos o pilotes. | |
| Sustitución por nuevos pilotes. | Se aplica en caso de pilotajes pobres o deficientes, cuyo objetivo es mejorar su resistencia con uno nuevo con mayor capacidad portante. También puede deberse a la presencia de terrenos inestables, o bien debido a niveles freáticos próximos a la superficie. Igualmente, aplica este tipo de refuerzo de zapata en caso de construcción de otros pisos por debajo del edificio. Solución indicada en caso de obras próximas capaces de afectar la estabilidad de los cimientos actuales. |
| Recalces por pozos profundos. | Se implementa este tipo de refuerzo de zapata generalmente como mecanismo para consolidar las cimentaciones de muros. |
| Recalces a través de pilotes bordeando los cimientos. | Esta solución busca transferir las cargas de grandes macizos a firmes muy profundos, especialmente cuando se requiere atravesar estratos vulnerables o húmedos del terreno. Con pilotes especiales debajo de la cimentación, su finalidad es reparar el cimiento y mejorar su desempeño estructural. |
| Recalces por ampliación de pilotes. | Los pilotes o columnas deben ubicarse simétricamente a una distancia mínima de los anteriores, debiendo dejar una holgura que permita introducir un mortero expansivo. |
| Pilotes que atraviesan los cimientos actuales con micropilotes. | Suelen ser de 100 a 300mm, y son elementos estructurales de amplio uso actualmente para recalcar y consolidar el desempeño de las cimentaciones. Estos pueden ser hormigonados por gravedad o a presión, con vaina recuperable o pérdida; ofrecen una capacidad portante según su diámetro y tipo, generalmente oscilan las 10 y 100 toneladas. |
| Pilotes adosados con cabezales de unión posterior. | Son pilotes verticales con 300 a 600 mm, especiales para realizar recalces en muros o zapatas corridas con cargas significativas, además, se usan si la obra admite maquinaria relativamente pesada y con altura considerable. |
Importancia del refuerzo de zapatas en los cimientos
La cimentación de una edificación es la responsable directa de transferir las fuerzas/cargas de los sistemas estructurales hacia el exterior, generalmente es el suelo quien recibe este peso.
Es el terreno quien provee una estabilidad esencialmente infinita; por lo que es el mejor lugar para transferir las cargas de una estructura.
En una propuesta constructiva estructural, son las fundaciones y por ende las zapatas quienes sirven de soporte o condicionantes de contorno; pues, actúan como un punto final para las cargas. De tal forma, que un refuerzo de zapatas ofrece una solución constructiva muy versátil porque cumplen algunos propósitos claves a corto, mediano y largo plazo:
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En general, es el terreno o suelo donde se apoya la cimentación, quien asienta la base; por tanto, es un aspecto crítico y clave para diseñar los cimientos, por lo cual, su análisis y verificación es garantía de su estabilidad.
Los distintos tipos de suelo, como la arcilla por ejemplo, tienen un comportamiento muy distinto al de la arena. Sus características y comportamiento se pueden expresar y determinar por medio de valores físicos, como la cohesión del suelo y el ángulo de fricción. De allí la importancia de una construcción de cimientos y zapatas reforzadas conforme a las propiedades del suelo.
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Conclusiones
Con el presente contenido sobre refuerzo de zapatas: guía completa para asegurar la estabilidad de tu estructura, esperamos contribuir con tu proyecto de cimentación, porque aportamos información relevante de manos de profesionales, como ingenieros y arquitectos experimentados en el campo de la construcción y la ingeniería civil, especializados en proyectos estructurales.
En definitiva, se puede concluir que la zapata de obra en cualquiera de las versiones expuestas, es esencial en todo tipo de construcción, determina la solidez, seguridad y estabilidad de cualquier edificación. De tal manera, que el refuerzo de zapatas se plantea como una solución constructiva altamente eficaz cuando existen vulnerabilidades estructurales.
Un refuerzo de zapatas oportuno evita o previene riesgos estructurales producto de debilitamientos en los cimientos o bases, por asentamientos del suelo o por ampliaciones verticales, es decir, que es una solución altamente recomendada cuando se desea adicionar pisos a un casa o edificio, o bien para reforzar los cimientos y acondicionarlos para recibir más carga.
Ya no hay que exponer a los seres queridos o clientes a potenciales riesgos de derrumbes por zapatas más construidas o vulnerables a los vientos o sismos; o perder todo el esfuerzo financiero invertido en la casa o negocio.
Por fortuna, actualmente, con una mínima inversión es posible reforzar las zapatas y disfrutar de mayor seguridad y estabilidad; ya tienes la información del refuerzo de zapatas y su importancia estructural¡¡No lo olvides, tu seguridad y la de los tuyos es primero!!
