El presente documento “Apuntes de Cimentaciones” reúne de forma ordenada y didáctica los principios fundamentales del diseño de cimientos, abarcando desde conceptos básicos de mecánica de suelos, criterios de selección del tipo de cimentación, hasta consideraciones estructurales y geotécnicas aplicadas a cimentaciones. Estos apuntes están orientados a estudiantes de ingeniería civil, así como a profesionales que buscan reforzar, consultar o ampliar sus conocimientos en el área de estructuras y geotecnia aplicada; el documento es propio de la Universidad Autónoma de Baja California (Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño), a quienes damos todo el crédito respectivo.

Apuntes de Cimentaciones – Documento PDF

El contenido que se desarrolla en el documento de cimentaciones, puntualmente es el siguiente:

I. Conceptos Fundamentales

1.1 Definición de Cimentaciones
1.2 Características del diseño de Cimentaciones
1.3 Clasificación de las Cimentaciones
1.4 Interacción Suelo-Estructura
1.5 Factores que determinan el tipo de Cimentaciones
1.6 Distribución de presiones en el terreno
1.6.1 Falla por corte General
1.6.2. Falla al corte local
1.6.3. Falla al corte por punzonamiento
1.7 Presiones Admisibles en el terreno
1.8 Asentamientos Admisibles
1.9 Estudios de Mecánica de Suelos

II. Cimentación a base de Zapatas

2.1 Tipos y Funciones
2.2 Factores y Procedimientos de Diseño
2.3 Cargas Excéntricas en Zapatas Aisladas
2.4 Presiones de contacto
2.5 Dimensionamiento de zapatas
2.6 Revisión por cortante
2.7 Armado de Una Zapata
2.8 Zapatas de Lindero o Medianería
2.9 Zapatas Combinadas

III. Losas de Cimentación

3.1 Introducción a Losas de Cimentación
3.2 Dimensionamiento de una la Losa de Cimentación
3.3 Retículas de Cimentación
3.4 Diseño de losas de Cimentación

Ejemplos y ejercicios resueltos de fundaciones:

Zapatas aisladas concéntricas
Zapatas aisladas concéntrico con momento
Zapatas aisladas excéntricas con momento en dos direcciones
Zapatas aisladas céntricas, diseño de armado de acero
Zapatas aisladas excéntricas, diseño de armado de acero
Zapata aislada concéntrica, volteo
Zapatas combinadas

Recomendaciones de Uso Responsable del Documento PDF

El documento “Apuntes de Cimentaciones” tiene fines académicos, formativos y de consulta técnica, dirigido a estudiantes y profesionales del área de la ingeniería civil, estructuras y geotecnia. Su contenido recopila conceptos fundamentales, criterios generales de diseño y buenas prácticas comúnmente aceptadas en el estudio y análisis de cimentaciones.

Se recomienda utilizar este material como apoyo complementario al aprendizaje y a la revisión conceptual, y no como sustituto de un estudio específico, de la normativa vigente aplicable ni del criterio profesional de un ingeniero civil competente. Las condiciones del suelo, las cargas estructurales y los factores ambientales varían significativamente de un proyecto a otro, por lo que cada diseño de cimentación debe ser evaluado de manera particular.

Asimismo, el usuario es responsable de verificar y contrastar la información con normas técnicas actualizadas (ACI, AASHTO, ASTM, Eurocódigos, normas locales, entre otras) antes de su aplicación en proyectos reales. No asumimos responsabilidad por el uso indebido, interpretación incorrecta o aplicación directa del contenido en obras de ingeniería sin la debida supervisión técnica.

Con las recomendaciones dadas, ponemos a tu disposición el documento: Apuntes de Cimentaciones en Ingeniería Civil: Fundamentos, Tipos de Cimientos y Criterios de Diseño Estructural, diseñado como material de consulta práctica y académica.

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Estimados señores:

Me gustaría compartir una serie de planillas de Excel.

Incluye hojas de cálculo para el diseño de zapatas superficiales y para cabezales con pilotes.

Son hojas de Excel sencillas, fácil de seguir, con unos pocos clics se obtienen resultados, se indican todas las operaciones y referencias al código.

Está para imprimirse en hoja tamaño carta lo que ayuda para incluir en una memoria general.

Fácil de convertir a word o pdf.

Algunas en inglés y español y para sistema de unidades inglesas, sistema MKS y el Sistema Internacional de Unidades.

Atentamente,

Alberto Vidal

Como el mail indica, el aporte actual consiste en una serie de hojas de cálculo Excel para el diseño de zapatas aisladas superficiales, a continuación reforzamos el concepto para luego brindar una breve descripción de cada Planilla Excel:

¿Qué es una zapata aislada?

Damos nuestro concepto: Una zapata aislada es un elemento estructural, identificado dentro las cimentaciones superficiales, cuyo objetivo es la transmisión de cargas puntuales de una columna al suelo que la soporta de manera uniforme; usualmente tiene forma cuadrada, rectangular o trapezoidal, se diseña para evitar asentamientos y garantizar la estabilidad estructural, generalmente son construidas de hormigón armado.

Zapatas rectangulares: Sistema inglés. Para carga vertical. ACI 318-14 (Excel: Rectangular footing 2a).

Esta hoja Excel está en idioma inglés, la misma permite hacer predimensionamiento, revisar la presión en el suelo, revisar el cortante «como viga», revisar el cortante en dos dimensiones, (punzonamiento), calcular las áreas de acero necesarias por flexión.

Un resumen de los resultados se muestra al principio de la hoja para que no sea necesario seguir los cálculos hasta el final.

Zapatas rectangulares: Sistema Mks en español. Para carga vertical. ACI 318-14 (Excel: Zapatas Rectangulares MKS 2b)

Esta hoja Excel está en idioma español, la misma permite hacer predimensionamiento, revisar la presión en el suelo, revisar el cortante «como viga», revisar el cortante en dos dimensiones, (punzonamiento), calcular las áreas de acero necesarias por flexión.

Un resumen de los resultados se muestra al principio de la hoja para que no sea necesario seguir los cálculos hasta el final.

Zapatas rectangulares: Sistema inglés. Para carga vertical y momentos. ACI 318-14 (Excel: Rectangular footing 3a).

Esta hoja Excel está en idioma ingles, la misma permite hacer predimensionamiento, revisar la presión en el suelo, revisar el cortante «como viga», revisar el cortante en dos dimensiones, (punzonamiento), calcular las áreas de acero necesarias por flexión y seleccionar las varillas requeridas.

Zapatas rectangulares: Sistema MKS en español. Para carga vertical y momentos. ACI 318-14 (Excel: Zapatas Rectangulares MKS 3b).

Esta hoja Excel está en español, la hoja permite hacer predimensionamiento, revisar la presión en el suelo, revisar el cortante «como viga», revisar el cortante en dos dimensiones, (punzonamiento), calcular las áreas de acero necesarias por flexión y seleccionar las varillas requeridas

Zapatas rectangulares: Sistema Internacional en español. Para carga vertical y momentos. ACI 318-1 (Excel: Zapatas Rectangulares SI 3c).

La hoja permite hacer predimensionamiento, revisar la presión en el suelo, revisar el cortante «como viga», revisar el cortante en dos dimensiones, (punzonamiento), calcular las áreas de acero necesarias por flexión y seleccionar las varillas requeridas.

Los cálculos se realizan aun con momentos grandes con excentricidades fuera del núcleo.

Recomendaciones generales para el uso responsable de planillas Excel

1. Verificación de Cálculos: En lo posible se debe revisar manualmente las fórmulas de la hoja de cálculo y otros procedimientos para evitar posibles errores.
2. Corroboración con Normativa: Se debe asegurar que los cálculos cumplan con los códigos, normativas y estándares estructurales vigentes (ya sean locales o internacionales).
3. Validación con Software Especializado: Si tienen la posibilidad, pueden realizar una modelación para comparar resultados, pueden utilizar programas estructurales reconocidos (Ej. SAP2000, ETABS, CYPE u otros utilizados en el medio).
4. Pruebas con Casos Simples: Se recomienda probar el Excel con ejemplos de referencia, que tengan soluciones conocidas para comprobar la exactitud o diferencias.
5. Criterio Profesional, uso responsable: No depender únicamente de la hoja de cálculo Excel, se recomienda usar un juicio ingenieril responsable en el proceso de diseño, cálculo, dimensionamiento y la interpretación de resultados.

A continuación, pueden encontrar la Planilla Excel para el Diseño de Zapatas Aisladas: Excel Diseño de Zapatas Rectangulares.

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Complementando la breve descripción del documento a continuación mostramos los pasos que se siguen para el diseño:

I. Introducción de los parámetros de diseño

Básicamente lo parámetros iniciales para el diseño son: la capacidad portante del suelo, limite elástico del acero, las resistencias especificadas de hormigón tanto para la cimentación como para las columnas y las características de las columnas (Sección, acero de refuerzo, carga viva y carga muerta), con los parámetros definidos se continúan con los pasos siguientes.

1. Dimensionamiento de la Zapata

Los cálculos que se siguen en este apartado son: Cálculo del peralte de la zapata (hc), Cálculo de la presión neta del suelo (qm), Cálculo del área de la zapata (Az), Verificación adicional de las presiones del suelo (Cuando corresponda).

2. Diseño en sentido Longitudinal

Se realizan los siguientes cálculos dentro este punto: Cálculo de la presión neta por unidad de longitud (qm), se elaboran los diagramas de esfuerzos cortantes y momentos; además de realizar las verificaciones correspondientes.

3. Verificación por corte

Las verificaciones a realizar son: En la columna exterior y en la columna interior de la zapata.

4. Cálculo del Refuerzo en el tramo central

El cálculo realizado corresponde a obtener las cuantías de acero de refuerzo, en el tramo comprendido entre las dos columnas.

5. Cálculo del Refuerzo por debajo de la Columna Interior

El cálculo realizado corresponde a obtener las cuantías de acero de refuerzo (Zapata exterior y Zapata interior).

6. Verificación de la Conexión Zapata – Columna

Se realiza la correspondiente revisión de los refuerzos de las dos columnas, se presenta un diagrama de distribución de aceros de la zapata rectangular.

Esperamos que esta planilla de diseño de zapatas combinadas les sea de utilidad, no olviden considerar este aporte como un ejemplo práctico; recomendamos siempre revisar la bibliografía y normativa vigente según su país o buscar asesoramiento de un profesional capacitado, a continuación, encontrarán el Excel.

Descarga desde la Nube: Aquí

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Los sistemas de fundaciones de construcción se presentan en diferentes tipos, relacionadas con las condiciones particulares del suelo, las características de la estructura a fundar y los métodos constructivos.

Clases de fundaciones de construcción

De acuerdo a la importancia del proyecto y a la naturaleza del terreno, las fundaciones de construcción se clasifican en fundaciones directas e indirectas. Las fundaciones directas son cuando las cargas de la edificación descansan de forma directa sobre el plano de la fundación. En cambio, las fundaciones indirectas son cuando las pésimas condiciones del suelo resultan en que la base se tenga que transmitir al plano de apoyo mediante otros materiales.

Tipos de fundaciones de construcción

Están las fundaciones ordinarias, las más comunes, las cuales se elaboran en terreno seco, como el caso de los cimientos. Su profundidad va desde los 0.50 a 2 metros. Además están las fundaciones sobre vigas y columnas, que utilizando pilotes hincados HºAº facilita, agiliza y economiza la construcción, estas fundaciones son usadas en puentes, en sótanos y en losas radier, entre otros. Con pilotes hincados se transmite la carga de la edificación a la capa del terreno que sí es firme. Estos pilotes tienen por lo general  un diámetro de 1 a 1.2 metros.

Resistencia del suelo para las fundaciones de construcción

Para cualquier tipo de fundaciones es necesario determinar resistencia del suelo en donde se realizará la edificación. Hay diferentes métodos conocidos utilizados para determinar esto, entre ellos la inspección visual de un ingeniero para averiguar el tipo de suelo y la prueba de carga directa para conocer cuál es la carga máxima que puede soportar el mismo.

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Las zapatas superficiales que brindan apoyo a más de una columna o a más de un muro son conocidas como zapatas combinadas. A su vez este tipo de zapatas se pueden clasificar en dos categorías. La primera categoría son las zapatas que solo soportan a dos columnas. Y en la otra categoría están las que sostienen a más de dos columnas.

Las zapatas combinadas se requieren cuando las columnas están tan cercanas al límite de la propiedad que no permite el uso de zapatas individuales sin que se sobrepase el límite. También son requeridas las zapatas combinadas cuando hay columnas adyacentes tan cerca que sus zapatas se traslapan.

Si el subsuelo tiene una capacidad de carga baja se necesitan grandes áreas de contacto, por lo que las zapatas individuales son remplazan por zapatas continuas que pueden sostener más de dos columnas y usualmente todas las columnas en una fila. A veces las franjas se colocan en dos direcciones, obteniéndose una cimentación reticular. Este tipo de cimentación puede proyectarse en una mayor área de contacto, resultando más económico que si se usaran zapatas individuales.

Tipos de zapatas combinadas

Las zapatas combinadas pueden ser una losa en forma rectangular o trapezoidal. Las zapatas combinadas rectangulares son cimentaciones en donde se distribuyen uniformemente los esfuerzos transmitidos al suelo. Las zapatas combinadas de forma trapezoidal tienen en esencia la misma función que la rectangular, pero además se usan cuando hay problemas de lindero, es decir cuando no se puede extender más allá sin sobrepasar los límites del terreno, o cuando no se puede usar una zapata rectangular porque hay una columna muy cercana o una zapata aislada.

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Las zapatas aisladas se emplean para brindar soporte a pilares aislados, cuando el terreno es de de buena calidad y en caso de que la excentricidad de la carga del pilar vaya de  pequeña a moderada. Podemos ver claramente esta última condición en los pilares que no son perimetrales de un edificio.

Dentro de la categoría de zapatas aisladas también hay varias clases de zapatas. Esta clasificación responde a la relación entre el canto y el largo máximo libre, pudiendo encontrar zapatas rígidas y zapatas flexibles. Ahora bien, teniendo en cuenta que el esfuerzo vertical se encuentre en el centro geométrico de la zapata, hablaremos de: zapatas centradas, excéntricas, irregulares y colindantes.

Para dar con las dimensiones correctas de una zapata aislada hay que comprobar la capacidad portante de hundimiento, el estado de equilibrio, la resistencia de la misma y el asentamiento diferencial de esta con relación a zapatas contiguas.

Para la construcción de las zapatas aisladas hay que independizar cimientos y estructuras de edificios en terrenos heterogéneos, para que de esta maneraslas diferentes partes del mismo tengan cimentaciones estables.

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